李翠翠，楊 震，馮和平，余代輝，任恒怡

(1.貴州省大氣探測技術與保障中心，貴州 貴陽 550081;2.貴州水利水電職業(yè)技術學院，貴州 貴陽 551400;3.貴州省黔東南自治州氣象局，貴州 凱里 556000)

0 引言

2017年11月—2018年12月，貴州新一代天氣雷達故障發(fā)生30次，伺服系統(tǒng)故障占了總故障的37%。有很多人已對CINRAD/CD雷達伺服系統(tǒng)的故障進行了分析總結，如周楓等的CINRAD/CD雷達伺服系統(tǒng)故障分析及處理[1]，陳士英等的簡析CINRAD/CD型新一代天氣雷達伺服系統(tǒng)故障排除方法[2]，邊智等的新一代天氣雷達(Cinrad/CD) 伺服故障實例分析[3]，但是他們僅是對伺服故障進行了分析總結，并沒有給出伺服系統(tǒng)信號流程。由于伺服系統(tǒng)包括伺服機柜、天線座以及信號處理柜中的主控分機，它們相距較遠、線路復雜、電纜較長、元件較多[4]，伺服系統(tǒng)的故障多種多樣，因此掌握伺服系統(tǒng)信號流程是解決伺服系統(tǒng)故障的根本方法。

1 CINRAD/CD雷達伺服系統(tǒng)原理及信號流程

CINRAD/CD雷達伺服系統(tǒng)由伺服分機、電源分機、方位(俯仰)驅(qū)動分機、方位(俯仰)直流電動機、方位(俯仰)減速器、方位(俯仰)同步機等構成。

伺服系統(tǒng)完成驅(qū)動雷達天線作方位、俯仰轉(zhuǎn)動，天線工作狀態(tài)的控制操作由監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)終端計算機發(fā)出的指令實施。伺服系統(tǒng)把代表當前天線的位置信息的同步機(方位 、俯仰主發(fā)送器)三相電子電壓和單相轉(zhuǎn)電子電壓送至信號處理系統(tǒng)，由信號處理系統(tǒng)將同步機電壓變換成16位方位和16位俯仰角碼，再送至監(jiān)控系統(tǒng)的伺服驅(qū)動單元[5]，監(jiān)控采集計算機根據(jù)終端計算機給的天線預設位置的角碼信息和當前天線位置的角碼信息，通過伺服驅(qū)動單元產(chǎn)生驅(qū)動雷達天線方位運動誤差電壓和俯仰運動誤差電壓，再送到伺服分機。伺服分機對誤差電壓進行處理放大后，再由驅(qū)動分機處理產(chǎn)生功率足夠大的驅(qū)動信號，來驅(qū)動雷達天線和同步機朝減小誤差的方向運動，直到誤差為零，雷達天線處在一個新的蹤位置上。

伺服系統(tǒng)除了有位置環(huán)，還有電流環(huán)、電壓環(huán)和速度環(huán)。電流環(huán)的電流信號是由驅(qū)動分機的功率放大器輸出至方位、俯仰電機電樞導線上的電流傳感器來產(chǎn)生，電流信號稱為限流信號，限流信號與誤差信號相減，形成加速度負反饋，用于抑制電流上升率。電壓環(huán)的電壓信號取決于電機電樞兩端的電壓，電壓信號稱為電壓反饋信號，電壓反饋信號與誤差信號相減形成電壓負反饋，抑制電壓上升率。速度環(huán)的速度信號由方位、俯仰測速電機產(chǎn)生，稱為阻尼信號，阻尼信號與誤差信號相減，形成速度負反饋，對伺服系統(tǒng)起穩(wěn)定作用。CINRAD/CD雷達伺服系統(tǒng)工作原理及信號流程圖如圖1所示：

圖1 CINRAD/CD雷達伺服系統(tǒng)工作原理及信號流程圖Fig.1 CINRAD/CD radar servo system working principle and signal flow chart

2 CINRAD/CD雷達伺服系統(tǒng)頻發(fā)故障判斷與處理

2018年貴州CINRAD/CD雷達伺服系統(tǒng)頻發(fā)故障分別是：雷達做體掃(CAPPI)時，出現(xiàn)停留在某一層做PPI，雷達天線不能抬升，但有時候又可以抬升，反復出現(xiàn)；雷達天線轉(zhuǎn)速過快或過慢；雷達天線突然停止轉(zhuǎn)動。下面將雷達伺服系統(tǒng)故障現(xiàn)象，根據(jù)伺服系統(tǒng)信號流程進行分析、判斷和處理。

2.1 雷達做體掃(CAPPI)時，出現(xiàn)停留在某一層做PPI，雷達天線不能抬升，但有時候又可以抬升，反復出現(xiàn)

故障分析：該類故障屬于雷達天線定位的問題，根據(jù)信號流程該類故障可能性在：同步電機、匯流環(huán)、伺服分機。

判斷流程：查看監(jiān)控采集計算機有沒有發(fā)仰角命令值，如果發(fā)了，再看監(jiān)控分機面板上仰角示值是否穩(wěn)定，若跳變幅度大，不穩(wěn)定，且天線追擺嚴重(大于3次)，先檢查伺服分機的伺服放大器，因為伺服放大器的增益太大或阻尼太小都會導致天線定位精度差，若調(diào)節(jié)伺服放大器電位器RP8和RP5無效，再檢查匯流環(huán)、俯仰同步電機等。

故障案例處理：2018年 8月27日—2018年10月4日，都勻雷達時不時出現(xiàn)該故障，查看監(jiān)控分機面板上的示值不穩(wěn)定，且天線追擺嚴重，通過調(diào)節(jié)俯仰伺服放大器電位器RP8和RP5，來調(diào)整角度定位時的系統(tǒng)阻尼大小和增益，故障暫時解除，正常運行10多天故障又復現(xiàn)，由于上次調(diào)整伺服分機無效，此次先檢查匯流環(huán)，查看是否是匯流環(huán)接觸不良引起仰角值變化，取下匯流環(huán)未發(fā)現(xiàn)明顯異常，清洗匯流環(huán)，故障暫時解除，運行10多天故障又復現(xiàn)，查看監(jiān)控分機面板上的示值不穩(wěn)定，且天線追擺嚴重，仍將故障判斷在伺服分機，更換伺服放大器后，故障解決。

2.2 雷達天線轉(zhuǎn)速過快或過慢

故障分析：該類故障屬于雷達天線轉(zhuǎn)動速度的問題，根據(jù)信號流程該類故障可能性在：方位電機、伺服分機。

判斷流程：根據(jù)故障檢修原則，首先檢查伺服分機，通過調(diào)節(jié)伺服分機中的伺服放大器的電位器RP6，來改變PPI/RHI狀態(tài)速度,若故障依舊存在，再檢查方位電機。

故障案例處理：2018年5月11日黔東南雷達轉(zhuǎn)速較快，通過調(diào)節(jié)方位伺服放大器的電位器RP6，雷達天線轉(zhuǎn)速正常，但是切換到體掃，雷達天線不轉(zhuǎn)。進一步檢查故障，拆下方位電機，發(fā)現(xiàn)方位電機有磨損，更換方位電機后，故障解除。

2.3 雷達天線突然停止轉(zhuǎn)動

故障分析：根據(jù)信號流程，該故障可能性在：方位電機。

故障案例處理：2018年11月24日黔東南雷達出現(xiàn)天線突然停止轉(zhuǎn)動，伺服系統(tǒng)無報警，檢查監(jiān)控分機無異常信息，打在應急狀態(tài)，手控操作天線，天線仍不轉(zhuǎn)，拆方位電機，發(fā)現(xiàn)齒輪卡住，更換方位電機后恢復正常。

3 CINRAD/CD 雷達伺服系統(tǒng)維護及定標

周、月維護時，要記錄監(jiān)控分機狀態(tài)信息，并與正常值進行對比分析；做好電機維護，避免碳刷磨損造成接觸不良；做好轉(zhuǎn)臺部分的維護，檢查匯流環(huán)、電刷等，必要時進行清洗和更換；檢查伺服系統(tǒng)方位、俯仰精度，當伺服系統(tǒng)控制精度檢驗時方位角和俯仰角最大差值大于±0.1°，須進行定標。

4 總結

伺服系統(tǒng)故障多種多樣，只要臺站人員做好常規(guī)維護和定標，可有效避免一些松動、斷線等軟性故障。在伺服系統(tǒng)故障中，雷達技術保障人員按信號流來確定雷達故障處理步驟，可有效提高故障處理效率。