基于车载雷达天窗与升降机构机电控制系统设计应用

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【摘要】传统雷达机电控制系统主要采用继电器加驱动器的控制模式，其响应速度慢、控制柜占用的舱内空间大，且系统柔性差，一旦设计完成，很难根据具体情况进行相应调整。本文以车载雷达天窗与升降机构机电控制系统设计为例，该设计能够实现对车载方舱天窗机构和升降机构的自动控制，在节省人力的同时，保证车载系统可靠稳定的工作，有效增强了对恶劣天气和临时架撤的应变能力。

【关键词】车载雷达;机电控制;伺服驱动

1.引言

车载天窗与升降机构机电控制系统主要应用于国内外厢式车、工程车、车载平台、通讯车等的活动顶盖装置。针对某雷达厢式车产品要求雷达舱顶部顶盖平顺可靠的自动开启及关闭，并保证在启闭过程中不与雷达升降系统干涉，适应各种使用环境，满足设备的使用性能要求[1]。目前国内市场无合适产品可选，必须自行研制。本文主要是针对某雷达厢式车产品雷达舱伺服控制活动顶盖研制的，顶盖自动启闭灵活可靠，环境适应性强，易于维护。满足了雷达厢式车机动工作的技战术要求，能够保证设备的高机动性能。

2.系统概述

本文车载天窗与升降机构机电控制系统主要分为硬件部分和软件部分。硬件设计选用智能电机伺服驱动控制器为核心主控制单元，通过与手动操作盒、天窗交流伺服电机、升降电机、多传感器单元联接，构成完整的车载天窗与升降机构机电控制系统。结合软件C语言编写系统控制的相关程序，并在操作界面上设置驱动器参数来实现整个系统的控制。

3.系统硬件设计

系统在硬件设计上，主控单元采用小巧型模块式直流电源供电的伺服电机驱动器EMAC-Drive500，具有高功率密度、先进的运动控制特性、标准化的软件支持等特点其集运动控制、网络通讯和功率放大器与一体，不需要单独的控制器和驱动器可以直接驱动天窗电机运动，实现对天窗启闭的控制，其器件品质优异、占用的空间小、控制简单直接，响应速度快，且具有很高的灵活性。其硬件系统设计框图如图1所示。

图1 硬件系统设计框图

天窗机构运动与升将机构运动具有互锁性，只有当电动天窗开启到位时，升降系统才能供电，此时升降系统的“举升”、“下降”及“停止”等运动动作均不受限制;只有当升降系统处于下限位时，电动天窗才能供电，此时电动天窗的“天窗开”、“天窗关”及“停止”等运动动作均不受限制。

除此之外，本系统还具有人机显示界面，人机界面部分以手动操控盒的形式独立于控制柜之外，通过图2所示手动操控盒上的按钮来实现的，可以控制天窗的开、关和停止，升降的升、降和停止，以及控制模式的选择和电机使能的控制。按钮被触发后，通过与驱动控制器I/O口的通信来实现外部指令的传递，并由手动操控盒面板上的指示灯反映出来，其指示的内容包括：各传感器当前状态指示、总电源通电指示以及系统出错的蜂鸣报警。同时在手动操作盒增加了电源通断开关，当整个系统运行过程中出现任何意外的状况，可以通过此开关及时的切断系统的总电源，不但方便了系统的调试，而且增加了动作过程中的安全性。

图2 手动操控盒面板

为了实时检测系统状态，在天窗“开到位”和“关到位”处各安装了一个接近开关传感器，并在天窗结构上加装了感应铁片，以确保当天窗运动到相应位置时，传感器能快速准确的做出反应。在升降机构“升到位”和“降到位”处也安装了接近开关传感器，以检测盒反馈升降机构的运动状态。同时在升降机构传感器旁加装了两个限位开关，当升降机构触发到限位开关时将使升降系统的运动速度为零，以应对突况，确保升降机构运行的安全性[2]。

电动天窗机构由天窗顶盖、导轨、交流伺服电机、减速器、齿轮、齿条等组成（如图3所示）。顶盖安装深沟球轴承，导轨由机加工保证直线度，交流伺服电机带有制动器，断电后能立即锁定电机轴使其不发生转动，保证顶盖开关到位后可靠固定。减速器输出轴安装齿轮，顶盖安装齿条，通过齿轮齿条传动实现活动顶盖的开关动作，该传动系统传动效率高，承载力大，运动可靠，安装维护方便。

图3 电动天窗结构示意图

4.软件设计

4.1 软件程序流程图

系统软件设计采用高级编程语言C语言，以智能伺服系统为核心，应用计算机控制技术和多传感器融合技术来实现整个系统的功能。系统由伺服驱动控制器接收来自传感器的信号和人机界面的控制信号，经过驱动器控制程序处理后，发出相应的控制指令对天窗机构和升降机构的运动过程进行控制，软件系统设计框图如图4所示：

图4 软件系统设计框图

图5 天窗伺服程序流程图

由于驱动控制器要同时控制天窗机构和升降结构的运动，并需要满足互锁性要求。根据对系统功能需求的分析，并结合外部传感器信号的输入，则驱动控制程序中对整个系统的控制要求入如表1所示。（其中传感器状态为“1”表示当前传感器被触发，而“0”则表示没有被触发。）

天窗系统使用的伺服电机驱动器可以直接实现对伺服电机的控制，采用C语言编写系统控制的相关程序，驱动器参数可以与PC机连接后，通过软件Pro-Motion来在操作界面上设置，也可以在控制程序的最前面通过编程来实现参数的配置。其驱动器参数的设置方法为：

①首先要连接控制卡，以获得连接通道句柄，这里需要注意的是一个通讯连接只能对应一个通道句柄;

②然后需要打开设备，以获得设备句柄，这里需要注意一个PMD卡对应于一个唯一设备句柄;

③再打开轴，来获得轴句柄，同样的一个轴通道唯一对应一个轴句柄;

④下面需要设置具体的参数，设置电机类型;

⑤电机初始化;

⑥PID参数初始化;

由上面的表1可以看出，在控制器内部需要不断检测当前传感器的状态，并根据传感器的状态信号来判断当前运动的可行性及对按键信号的响应情况，天窗伺服系统驱动器的程序流程的设计思路如图5所示。

4.2 系统关键功能C语言程序的编写

①读取传感器和各控制开关状态：

读取升降机构升降到位状态：

SJUpLimit=data & 0x0040;

SJDownLimit=data & 0x0080;

读取限位开关状态：

PMDGetSignalStatus（&Caxis[PMDAxis]，&eventstatus）;

pLim=eventstatus & 0x0010;

nLim=eventstatus & 0x0020;

读取系统运动状态：

PMDGetActivityStatus（&Caxis[PMDAxis]，& activityStatus）;

inMotion=activityStatus & 0x0040;

②禁/使能天窗驱动器，通断升降电源：

PMDprintf（“Axis Disable＼n”）;

PMDSetOperatingMode（&Caxis[PMD Axis]，0x0035）;

PMDTaskWait（500）;

DO_Write=0x01FA;

PMDPeriphWrite（&hPeriph_DO，&DO_Write，0，1）;

③天窗运动控制：

PMDResetEventStatus（&Caxis[PMD Axis]，0x0000）;

PMDSetProfileMode（&Caxis[PMD Axis]，1）;

PMDSetAcceleration（&Caxis[PMD Axis]，ACC）;

PMDSetDeceleration（&Caxis[PMD Axis]，ACC）;

PMDSetVelocity（&Caxis[PMDAxis]， VEL）;

PMDSetJerk（&Caxis[PMDAxis]，0）;

PMDUpdate（&Caxis[PMDAxis]）;

需要注意的是在程序中设置了一个天窗运动状态的标志位inMotion，当天窗在运动的状态下（正向或者反向），该标志位置为1，此时天窗不响应控制盒上的正反向运动按钮的指令;只有在停止操作后，此时inMotion=0，天窗才会响应控制盒上的正反向运动按钮，这样就避免了重复的操作，以及误操作电机从正向运动突然变为反向时对电机的损伤。

图6所示为此设计开发的现场实物拍摄图：

图6 开发设计现场实物拍摄图

5.结束语

基于伺服电机驱动器控制的车载天窗与升降机构机电控制系统具有一定的使用价值，而且自动化程度高、可靠性高。同时系统还具有可扩展性，系统以简单的电气结构，完成了对于车载天窗与升降机构伺服控制器的监视与操控。其特点不仅只局限于天窗与升降机构伺服系统上的应用，同时可根据用户需要，扩展应用到工业控制自动化等其它各个领域。此设计的成功开发，使系统自动化程度大幅提升，可为今后产品系列化、模块化提供应用基础。

参考文献

[1]潘忠堂.ZWZ-2型雷达方舱升降机构设计[J].雷达与对抗，1998，20（6）：96-100.

[2]张伟，卢铭.车载雷达机电系统安全性设计[J].雷达与对抗，2013，33（1）：66-68.

[3]刘胜，彭侠夫，等.现代伺服系统设计[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2001.

作者简介：

王峰（1972―），男，工程师，主要从事地面雷达机电伺服系统总体设计工作。

姚威（1988―），男，硕士，工程师，主要从事雷达机电伺服系统电讯设计工作。

皇淼淼（1988―），女，硕士，工程师，主要从事雷达机电伺服系统电讯设计工作。