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CINRAD/CD伺服系统一次俯仰定位精度故障的维修实例李明元1戴伟明2罗晓松1孙静1(贵州省遵义市气象局贵州遵义邮编：563002国营784厂四川成都邮编：610051)摘要：简要介绍了CINRAD/CD伺服系统的工作原理、主要部件与功能，根据控制流程分析了遵义市CINRAD/CD伺服系统一次俯仰定位精度故障的检查排除。初步提出了故障排除思路。关键词：伺服系统俯仰定位精度故障思路引言：新一代全相参多普勒天气雷达已在我国陆续布网建设，相应的雷达技术保障工作随之开展。为满足汛期全天连续不间断立体扫描，雷达系统故障的排除需准确、快捷，否则影响利用雷达资料开展短时临近预报工作。近几年来，随着雷达技术保障工作的开展，探讨雷达性能参数测试〔1-2〕、维护维修方法〔3-4〕、各分机维修个例〔5-10〕的文献已不少，但是针对具体个例进行系统全面分析的却比较少见，从这些文献谈到的故障来看，发射系统和伺服系统的故障率最高。本文针对伺服系统俯仰定位精度故障的维修实例，系统全面讨论该故障的检查和排除，有利于维护人员快速排除伺服系统俯仰定位精度故障，由于方位伺服系统电路和俯仰伺服系统电路大部分相同，只是各元件参数取值不同，因此可同时作为方位定位精度故障排除的参考。CINRAD/CD伺服系统定位控制的系统增益、系统阻尼由伺服放大器的模拟电路调整（电位器RP5调整系统增益，电位器RP8调整系统阻尼），雷达运行较长时间后，系统特性参数和控制电路的参数可能发生变化，这会导致伺服系统定位精度变差，甚至不能满足雷达扫描的要求。通过对电位器RP5和RP8的调整，可以调节伺服系统的系统增益和系统阻尼，从而改善伺服系统的静态特性和动态特性，使伺服系统的定位精度满足雷达扫描的要求。当然，伺服系统的定位精度还由执行元件反馈、天线传动机构的回差、位置监测装置的精度决定。排除雷达伺服系统定位精度故障需要从多方面考虑，这不仅需要全面掌握伺服系统的工作原理，还要有合理排除故障的思路。现对排查俯仰定位精度故障个例作综合阐述。1伺服系统工作原理伺服系统的工作原理是主控单元（计算机）给定天线的位置（输入角码），通过伺服系统来控制天线负载的位置，通过测量元件及角码变换器获得当前角码并与输入角码进行比较比较，相符合时系统处于静止状态，当不符合时即产生角码误差（±Δθ），此误差经数模变换变成误差电压（±ΔU），由控制电路作电压放大、PID（Ｐ：比例，Ｉ：积分，Ｄ：微分）调节，再经功率放大后，作用在执行元件上，使其朝减小误差的方向运动。因此，负载就连续跟随着主控单元命令转动。伺服位置跟随系统组成框图如图1：2伺服系统主要部件与功能伺服系统由方位（俯仰）驱动单元产生误差电压ΔU、伺服放大器对ΔU进行放大，控制方位（俯仰）驱动分机的功率输出，并施加到永磁直流电动机组(130SCZK01)，从而带动天线转动，再由方位（俯仰）减速器带动方位（俯仰）主发送器输出天线的角度信号，角码变换器将角度信号变化成数字量送到主控机。其中俯仰电动机和俯仰主发送器的连接还要经过汇流环。3故障现象及其表现特征天线系统俯仰定位精度不够，监控系统无故障报警。天线系统俯仰定位精度正常时命令仰角与实际到位仰角差绝对值小于0.1°，追摆次数小于3次。而此故障表现特征为，天线作PPI扫描时，低仰角（小于10°）到位不够，追摆次数大于3次，一般在6-10次，仰角大于10°时，天线基本能够到达命令仰角，追摆次数明显减少，但还是不能满足俯仰定位精度的要求，体扫模式时现象相同。图１：伺服位置跟随系统组成框图4故障检修分析思路由图１所示，故障在终端的表现最终是由天线部分反馈回来的信号，天线前的每一部分和测量元件反馈回路出错都会导致故障的产生，因此故障的排除先从简单到复杂，由常规到异常，沿着控制线路和反馈线路逐级查找。5故障的检查和排除5.1首先采取常规调整方法进行调整打开伺服柜中的伺服分机，调整俯仰伺服放大器上的电位器RP5和RP8。调整前先检查RP5和RP8两个电位器是否正常，正常时电位器中间脚接地电阻值分别为RP5小于4kΩ，RP8小于20kΩ。如电位器损坏，就必须更换电位器。调整RP5，顺时针增大增益，逆时针减小增益，调整RP8，顺时针增大阻尼，逆时针减小阻尼。增益变大，会减小系统误差，但增益过大会引起系统振荡，而增大阻尼能提高系统稳定性，减小追摆次数。一般先将RP5的俯仰误差电压（为保证设备安全，先关闭俯仰驱动器主回路）调到较小的位置，再逐步增大增益，通过伺服分机的误差电压表观察调整后的误差输出变化，如电位器能正常调节误差值，说明误差电压的调整是受控的，误差电压控制电路基本正常。当系统定位控制有一定超调量后，再调整RP8，减少振荡次数。调好后，命令一个仰角，细微调整一次，观察调整后的结果，如此反复。经仔细检查和调整，天线俯仰定位控制精度仍然不够。5.2检查俯仰驱动单元的误差信号是否异常伺服分机柜后面有两根同芯电缆，分别传输方位(俯仰)的误差信号。在作定位控制时误差电压与角码误差的关系如图2定位控制曲线。通过控制软件改变天线定位的命令角度，用万用表检查俯仰控制信号电缆的误差电压变化，ΔU和Δθ的变化关系满足图2曲线，监控分机俯仰驱动单元的误差电压输出正常。种，本个例中雷达可以通过切换到应急工作方式，将测速发电机的阻尼信号送到伺服分机的误差电压表上显示。当通过应急控制，使天线正转时，伺服分机的误差电压表显示负值，天线反转时误差电压值相反，说明速度反馈正常。5.4天线的配重和回差是否有故障首先检查天线的配重情况，用手轻轻在天线自然离地点抬起天线，然后放下，看是否能够自然的停在某一仰角，同时检查天线的回差是否较大（回差：天线停止状态下，抬起天线会有一个间隙，这个间隙中天线仰角变化不能太大）。经检查天线的回差和天线的配重符合要求。那么故障可能出在位置监测装置。5.5位置监测装置是否有故障俯仰位置监测装置由俯仰减速器、俯仰主发送器、角码变换器组成，主5.3执行元件本身是否存在故障伺服电动机组是由直流电动机和测速发电机组成，电动机转动越快，测速发电机输出电压就越大，测速发电机的输出斜率为7V/1000rpm，测速发电机的输出电压经过测量电路施加到伺服放大器，构成速度负反馈，即速度环。在天线做定位控制时，通过对速度反馈的调整，可以改变系统阻尼，使天线快速准确的定位。如果伺服系统的速度环有故障，无阻尼信号，也会导致系统无法正常定位。检查测速发电机反馈信号的方法有很多图2：定位控制曲线图，横坐标角码误差Δθ，纵坐标误差电压ΔU，阈值ΔθＴ发送器与角码变换器电气连接通过回流环。通过检查汇流环与炭刷的接触良好，但是汇流环槽出现缺恒现象，显得不平整，可能会传导效果不良，再经仔细观察，发现角码显示有较小跳动,而且仰角较低（小于10°）时，跳动较明显，与故障现象相符，故判断汇流环损坏。更换汇流环后，再细微调整系统增益(电位器RP5)和系统阻尼(电位器RP8)，伺服系统俯仰定位正常。6结语故障的排除应该非常了解设备的工作原理，思路要清晰，首先从简单到复杂，由常规到异常。其次理顺故障相关系统的控制流程，隔离相对独立的分系统，确定各分系统可能与故障相关的判断点，逐个排除。参考文献：〔1〕王志武,赵海林.天气雷达天馈系统损耗的测量.气象,2001,(7):24〔2〕潘新民,汤志亚.天气雷达接收功率标定的检验方法探讨.气象,2002,(4):34〔3〕胡东明,伍志方.CINRAD/SA雷达日常维护及故障诊断方法.气象,2003,(10):26〔4〕雷登林.多普勒天气雷达常见故障维修技巧.贵州气象,2002，5：36〔5〕俞文秀.多普勒天气雷达故障检修经验浅谈.江西气象科技,2004,(3)：36〔6〕李明元，左经纯.CINRAD/CD调制分机“调制脉冲过流”故障的检查和排除.2006,贵州气象,3：35〔7〕杨传凤,黄秀韶.济南CINRAD/SA雷达发射高压故障诊断.气象,2005,(1):88〔8〕赵建，何海燕，付琼。兴义多普勒天气雷达故障检修经验浅谈。2006，贵州气象，5，40〔9〕魏玉鹏，王庆华，吕学海。CINRAD/SC天气雷达伺服系统故障分析与排除。2006，山东气象，1：45〔10〕梁金元。CINRAD/CC雷达发射机高压电源检修方法及故障实例。2005，山西气象，3：33〔11〕714CDN型雷达技术说明书国营784厂2003〔12〕714CDN型雷达维护使用说明书国营784厂2003作者简介：李明元（1976－），遵义市气象局，工程师。通信地址：贵州省遵义市上海路349号，邮编：563002E－mail：xiaolizi1234@sina.com