影響雷達(dá)測(cè)角精度的因素比較多，誤差的產(chǎn)生部位和性質(zhì)也不盡相同。其中，回程誤差是影響測(cè)角精度的一個(gè)重要因素。由于天線經(jīng)常工作在零速附近，傳動(dòng)鏈中齒隙的存在會(huì)使得傳動(dòng)產(chǎn)生相應(yīng)滯后，甚至?xí)a(chǎn)生極限環(huán)振蕩，在動(dòng)力傳動(dòng)鏈中，傳統(tǒng)的機(jī)械消隙已經(jīng)無(wú)法滿足精度要求，本文提出了雙馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電消隙技術(shù)，它具有更多優(yōu)越性。

　　1 回程誤差分析

　　1．1 回程誤差的概念

　　如果傳動(dòng)裝置的組成零部件制造、裝配得絕對(duì)準(zhǔn)確，對(duì)使用過(guò)程中的溫度變形、彈性交形也予以忽略，則傳動(dòng)過(guò)程小，輸出軸轉(zhuǎn)角φo與輸入軸轉(zhuǎn)角φi之間應(yīng)符合下列理想關(guān)系：

　　式中，it為傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比。φo和φi之間成線性比例關(guān)系。

　　實(shí)際上，組成零部件不可能制造、裝配得絕對(duì)淮確，而在使用過(guò)程中還會(huì)存在溫度變形和彈性變形，因此，在傳動(dòng)過(guò)程個(gè)輸出軸的轉(zhuǎn)角總會(huì)存在誤差。

　　回程誤差可以定義為：當(dāng)輸入軸開(kāi)始反向回轉(zhuǎn)后到輸出軸也跟著反向時(shí)，輸出軸在轉(zhuǎn)角上的滯后量，用符號(hào)△R表示。由于回程誤差的存在，反向回轉(zhuǎn)后，輸出軸的φo和輸入軸的φi之間的關(guān)系曲線如圖1所示，它與電工學(xué)中的磁滯回線十分相似。

　　回程誤差也稱為空程誤差，相似含義的名稱還有齒隙、側(cè)隙、空回、死程等?？梢宰魅缦略O(shè)想：使輸入軸固定不動(dòng)，然后在正反兩個(gè)極限位置上旋轉(zhuǎn)輸出軸，這時(shí)輸出軸所具有的游移量即該傳動(dòng)裝置在輸出軸上的回程誤差。也可以使輸出軸固定不動(dòng)，然后在正反兩個(gè)極限位置上旋轉(zhuǎn)輸入軸，這時(shí)輸入軸所具有的游移量即該傳動(dòng)裝置在輸入軸上的回程誤差?；爻陶`差的靜態(tài)測(cè)量就是按上述方法來(lái)進(jìn)行的。

　　1．2 回程誤差對(duì)伺服系統(tǒng)性能的影響

　　傳動(dòng)鏈的回程誤差對(duì)伺服系統(tǒng)性能的影響，按其在系統(tǒng)中所處位置不同而有所不同。

　　如圖2所示，對(duì)處于閉環(huán)前的傳動(dòng)鏈G1，其回程誤差將影響伺服精度；對(duì)處于閉環(huán)內(nèi)前向通路上的傳動(dòng)鏈G2，其回程誤并不影響伺服精度，但對(duì)穩(wěn)定性有重大的影響；對(duì)處于閉環(huán)內(nèi)反饋回路上的傳動(dòng)鏈G3，其回程誤差對(duì)伺服精度及穩(wěn)定性均有影響；對(duì)處于閉環(huán)后的傳動(dòng)鏈G4，其回程誤差影響數(shù)據(jù)的傳遞精度。

　　1. 3 回程誤差分析

　　傳動(dòng)鏈的回差是各個(gè)齒輪副上回差的綜合，而各個(gè)齒輪副上的回差則是每個(gè)齒輪上的回差以及箱體孔中心距誤差的綜合。每個(gè)齒輪上的回差則是齒輪本身、軸、軸承等零部件在制造、裝配時(shí)的誤差綜合。考慮回程誤差因素時(shí)一般折算到節(jié)圓切向上來(lái)綜合，即對(duì)切向齒隙進(jìn)行分析和綜合。影響齒輪切向齒隙的因素主要有以下幾個(gè)方面。

　　1)每個(gè)齒輪輪齒的減薄量及其誤差。為了補(bǔ)償制造、裝配時(shí)的誤差，補(bǔ)償溫度變形、彈性交形，避免輪齒卡死，同時(shí)也為了貯存潤(rùn)滑劑，改善齒面的摩擦條件，在輪齒的非工作側(cè)面必須保持一定的間隙。

　　2)軸承的游隙。理想情況下，與齒輪軸配合的軸承內(nèi)環(huán)與箱體孔配合的軸承外環(huán)同心。實(shí)際上嚙合力將使軸的位置沿著嚙合力的方向緊靠外環(huán)，當(dāng)反向驅(qū)動(dòng)時(shí)，嚙合力又使軸在反向的嚙合力方向上緊靠外環(huán)。齒輪在切向和徑向偏移，將產(chǎn)生一個(gè)小角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，此角度即為由軸承游隙產(chǎn)生的回差。

　　3)除了上述因素外，影響齒隙的誤差因素還有齒輪內(nèi)孔與軸的配合間隙、軸的偏心、箱體的孔中心距偏差、軸承的內(nèi)環(huán)偏心、外環(huán)偏心等。

　　2 減小回程誤差的措施

　　減小回程誤差、提高傳動(dòng)精度的措施主要可以分成兩方面：結(jié)構(gòu)措施和電路措施。

　　2．1 結(jié)構(gòu)措施

　　2．1．1 合理設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈

　　適當(dāng)?shù)靥岣吡悴考旧淼木?，合理地設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈，可以減少零部件制造、裝配誤差對(duì)回差的影響。

　　1)合理選擇傳動(dòng)型式。一般來(lái)說(shuō)，圓柱直齒與斜齒齒輪機(jī)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)精度較高，蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)次之，圓錐齒輪則更次之。在行星齒輪機(jī)構(gòu)方面，諧波齒輪精度最高，漸開(kāi)線行星齒輪機(jī)構(gòu)、少齒差行星齒輪機(jī)構(gòu)次之，擺線針輪行星齒輪機(jī)構(gòu)則更次之。

　　2)合理確定級(jí)數(shù)和分配各級(jí)傳動(dòng)比。減少傳動(dòng)級(jí)數(shù)，就可減少零件數(shù)量，也就減少了產(chǎn)生誤差的來(lái)源。對(duì)于雷達(dá)減速傳動(dòng)鏈，各級(jí)傳動(dòng)鏈從高速級(jí)開(kāi)始，逐級(jí)遞增，且在結(jié)構(gòu)空間允許的前提下，盡量提高末級(jí)傳動(dòng)比。采用大的傳動(dòng)比，可使從動(dòng)輪半徑增大，從而提高了角值精度。

　　3)合理布置傳動(dòng)鏈。在減速傳動(dòng)中，精度較低的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如圓錐齒輪機(jī)構(gòu)、蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu))適宜布置在高速軸上，這樣可減小低速軸上的誤差。

　　2．1．2 采用消隙機(jī)構(gòu)

　　消隙機(jī)構(gòu)的型式很多，下面簡(jiǎn)單介紹3種。

　　1)中心距可調(diào)消隙機(jī)構(gòu) 在裝配時(shí)根據(jù)嚙合情況調(diào)整中心距，以達(dá)到減小齒隙的目的。對(duì)于減速輪系，最后一級(jí)的齒輪副對(duì)回差的影響最大，因此將最后一級(jí)齒輪副設(shè)計(jì)成中心距可調(diào)，最為有利。

　　2)彈簧加栽浮動(dòng)齒輪消除機(jī)構(gòu) 這種方法是依靠彈簧加載，使齒與齒緊密嚙合而達(dá)到消除的目的。

　　3)雙傳動(dòng)鏈彈簧加栽消隙機(jī)構(gòu) 它有兩臺(tái)伺服電機(jī)，各自通過(guò)一套齒輪箱后驅(qū)功末級(jí)大齒輪。這兩臺(tái)伺服電機(jī)的激磁繞組是串聯(lián)的，以使它們的激磁電流和轉(zhuǎn)矩常數(shù)相同。電機(jī)的后伸軸分別通過(guò)一對(duì)錐齒輪與預(yù)載扭簧相連，預(yù)載扭簧給傳動(dòng)系統(tǒng)中的齒輪加了一個(gè)偏置轉(zhuǎn)矩，從而消除了齒隙。

　　2．2 電路措施

　　這種消隙方法是用兩個(gè)相同的傳動(dòng)鏈連接兩個(gè)伺服電機(jī)到末級(jí)大齒輪，這兩個(gè)電機(jī)分別加電控制：低負(fù)載力距時(shí)，在這兩個(gè)電機(jī)之間建立一個(gè)偏置電壓或偏置電流，從而得到一個(gè)偏置轉(zhuǎn)矩，消除齒隙；而高負(fù)載力矩時(shí)，偏置轉(zhuǎn)矩自行取消，負(fù)載力矩由兩個(gè)電機(jī)分擔(dān)。采用雙傳動(dòng)鏈電消隙機(jī)構(gòu)可以顯著減小回程誤差。

　　3 電消隙設(shè)計(jì)

　　3．1 力矩偏置電路

　　在電消隙機(jī)構(gòu)中，兩個(gè)伺服電機(jī)分別由兩套可控硅功率放大器控制。相對(duì)功率放大器來(lái)講，假定1#馬達(dá)電樞正接，2#馬達(dá)電樞反接。1#馬達(dá)和2#馬過(guò)中的電流都可分為兩部份Id和I偏，Id是馬達(dá)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的電流，但必須Id1和Id2方向相反才能驅(qū)動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)；I偏是用于電消隙的偏置電流，I偏1和I偏2必須大小相等，方向相同才能產(chǎn)生大小相等方向?qū)數(shù)钠昧亍?/p>

　　根據(jù)電流指令控制要求設(shè)計(jì)產(chǎn)生偏置電流指令信號(hào)的電路，簡(jiǎn)稱為力矩偏置電路。利用兩個(gè)電流環(huán)的負(fù)載電流指令提取Id1和Id2信號(hào)，通過(guò)偏置電路去控制偏置電流指令的形狀，可以使偏置電路成為一種函數(shù)發(fā)生器，使偏置電流指令成為負(fù)載電流的函數(shù)。

　　圖3是力矩偏置電路圖，Ugi為速度調(diào)節(jié)器輸出的負(fù)載電流指令，U偏是偏置電流指令，U△是差速振蕩抑制電流指令；N1為梯形函數(shù)發(fā)生器。調(diào)整電位器可以調(diào)整偏置力矩的大小。

　　3．2 消隙實(shí)現(xiàn)

　　如果不考慮抑制差速振蕩的馬達(dá)力矩，則兩個(gè)馬達(dá)的力矩M1和M2與負(fù)載電流指令的關(guān)系如圖4所示。

　　圖4中，Ugi為速度調(diào)節(jié)器輸出的負(fù)載電流指令。

　　當(dāng)Ugi=0時(shí)，M2=-M1=M0，M0稱為偏置力矩值。

　　當(dāng)Ugi由0正向增加不太大時(shí)，保持M1、M2反向，仍能消隙，此時(shí)由2#馬達(dá)拖動(dòng)負(fù)載和1#馬達(dá)前進(jìn)。

　　當(dāng)Ugi正向增加到U0時(shí)，M1=0，1#馬達(dá)在齒隙中游移。但2#馬達(dá)仍拖動(dòng)負(fù)載，其齒輪箱不會(huì)出現(xiàn)齒隙，負(fù)載不會(huì)游移。

　　當(dāng)Ugi>U0時(shí)，1#馬達(dá)穿過(guò)齒隙與2#馬達(dá)共同推動(dòng)負(fù)載，但M2>M1。

　　當(dāng)Ugi≥U1時(shí)，偏置力矩開(kāi)始減小。

　　當(dāng)Ugi≥U2時(shí)，偏置力矩完全消隙，兩臺(tái)馬達(dá)以相等的力矩推動(dòng)負(fù)載。

　　可以看出，在一般工作情況下，負(fù)載至少和一個(gè)馬達(dá)之間無(wú)齒隙，不會(huì)游移。但是，當(dāng)力矩快速反向而且其值又比較大時(shí)，仍有可能產(chǎn)生兩個(gè)馬達(dá)同時(shí)穿過(guò)齒隙的情況，但這種情況在實(shí)際使用時(shí)并不多。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　雙馬達(dá)電消隙系統(tǒng)應(yīng)用于船載雷達(dá)，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)效果良好。采用雷達(dá)跟蹤信標(biāo)球方式進(jìn)行測(cè)角精度統(tǒng)計(jì)，其結(jié)果如表1所示。

　　由上表可以看出，方位和俯仰測(cè)角隨機(jī)誤差滿足0．2 mrad的指標(biāo)要求，大大提高了船載雷達(dá)的測(cè)量精度。

　　在精密雷達(dá)天線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，雙馬達(dá)或多馬達(dá)驅(qū)動(dòng)除了能實(shí)現(xiàn)電消隙、提高測(cè)角精度之外，在傳遞同樣力矩的前提下，雙馬達(dá)驅(qū)動(dòng)比單馬達(dá)驅(qū)動(dòng)所用的齒輪箱體積小，重量輕，易于加工制造；也就是說(shuō)，在齒輪箱總體積相同的情況下，雙馬達(dá)驅(qū)動(dòng)能提高傳動(dòng)鏈的剛度。