(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダアンテナを回転駆動するアンテナモータの回転数センサ出力をパルス列として生成するとともに、該パルス列に基づいて前記レーダアンテナの方位角を表す極座標系のアンテナ方位信号を発生するアンテナ回転パルス信号発生部と、
前記パルス列を鋸歯状の電圧に変換するＦ−Ｖコンバータと、
該Ｆ−Ｖコンバータの出力結果に応じたＰＷＭ制御を前記アンテナモータに対して行う駆動信号を作成するモータドライブ部と、を備えてなる、レーダアンテナモータの回転数制御回路。
【請求項２】
レーダアンテナを回転駆動するアンテナモータの回転数センサ出力をパルス列として生成するとともに、該パルス列に基づいて前記レーダアンテナの方位角を表す極座標系のアンテナ方位信号を発生するアンテナ回転パルス信号発生部と、
前記パルス列を鋸歯状の電圧に変換するＦ−Ｖコンバータと、
アンテナ回転数の設定値に対応した電圧を出力するアンテナ回転数切替回路と、
アンテナ回転数切替回路の出力をしきい値としてＦ−Ｖコンバータの出力との比較結果を出力するコンパレータと、
前記比較結果に応じたアンテナモータの駆動信号を作成するモータドライブ部と、を備えてなる、レーダアンテナモータの回転数制御回路。
【請求項３】
前記パルス列の周波数は１ｋＨｚ以下であり、
前記モータドライブは、前記コンパレータの出力を平滑する平滑回路と、１０ｋＨｚ以上の周波数の鋸歯状波を生成する鋸歯状波発生回路と、平滑回路の出力をしきい値として鋸歯状波発生回路の出力との比較結果をアンテナモータの駆動信号として出力する別のコンパレータと、を備える、請求項２に記載のレーダアンテナモータの回転数制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーダアンテナのモータ回転の安定化を図るモータ回転数制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーダ装置には、アンテナモータ（ＤＣモータ等）に与える２種類以上の電圧を用意し、これを切り替えることによってアンテナ回転数を切り替え可能にしたものがある。最も簡単な構成のものは、単純にアンテナモータに対して２種類以上の電圧のいずれかを供給できるようなスイッチ回路を設ける。また、その他簡単に考えられる回路としては、単純なフィードバック回路によるものである。例えば、アンテナモータの回転信号であるベアリングパルスを生成する回路を設けた装置では、このパルスをＦ／Ｖコンバータで電圧に変換し、この電圧の変化に応じてモータに供給する電圧を切り替え制御する。また、実開昭６２−１２７１０８号公報に示されているように、モータへの供給電圧と設定された電圧とを比較し、その比較誤差に基づいてモータへの供給電圧を制御するようにしたものもある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単純に２種類以上の電圧からいずれかの電圧をスイッチによって選択して供給する装置では、アンテナの回転数の安定化を保証することができない。例えば、一般にレーダアンテナを回転駆動するモータに加わる負荷の大きさは、風圧や温度変化等によって変動するが、単純に、２種類以上の電圧を切り替える構成の装置では、特に、電圧が定格以下の大きさに設定された場合にモータの駆動トルクが低下するために、この負荷トルク変動に対しての追随が困難となり、モータ回転がハンチングを起こすことがある。また、モータへの供給電圧をフィードバックして設定回転数に対応する電圧との誤差電圧を求め、これに基づいてモータ回転数を制御する装置では、モータの回転数とモータへの供給電圧とが比例していることを前提としているが、負荷トルク変動時等においては両者の関係は非線形となり常に１対１の関係にならないために、やはりモータ回転数の安定化を実現することが困難になってくる。
【０００４】
本発明の目的は、モータの実際の回転数を検出する回転数センサの出力パルスを用いてモータの回転数を安定に制御することのできるレーダアンテナのモータ回転数制御回路を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、レーダアンテナを回転駆動するアンテナモータの回転数センサ出力をパルス列として生成するとともに、該パルス列に基づいて前記レーダアンテナの方位角を表す極座標系のアンテナ方位信号を発生するアンテナ回転パルス信号発生部と、
前記パルス列を鋸歯状の電圧に変換するＦ−Ｖコンバータと、
該Ｆ−Ｖコンバータの出力結果に応じたＰＷＭ制御を前記アンテナモータに対して行う駆動信号を作成するモータドライブ部と、を備えてなるものである。
【０００６】
図１は、この発明に係るレーダアンテナのモータ回転数制御回路の基本構成図を示している。レーダアンテナ１はＤＣモータで構成されるアンテナモータ２で駆動され、このアンテナモータ２はモータドライブ回路３によって駆動される。アンテナモータ２には、スリットと光学センサ等からなる回転数を検出するセンサが設けられており、この出力がベアリングパルス生成回路４に入力される。ベアリングパルス生成回路４は、上記アンテナモータ２の回転数センサ出力をパルス列として生成する回路であって、通常は、１パルス／１°の分解能で、１KHz 以下（例えば、１００〜２５０Hz）のパルス列を生成する。なお、ベアリングパルス生成回路４は、通常、アンテナ１の方位角を表すθ信号をアンテナ方位信号としてレーダ装置本体の座標変換回路５に供給するために設けられているものであって、この発明のモータ回転数制御回路においてはこのベアリングパルス生成回路４の出力をアンテナ回転数安定化制御のために兼用する。座標変換回路５は極座標で得られるレーダ受信信号をラスタ表示器上に表示するため直交座標に変換するための回路である。
【０００７】
ベアリングパルス生成回路４の出力パルスはＦ／Ｖコンバータ６に入力される。このＦ／Ｖコンバータ６は、一般には、出力にリップルを含んでいるために、リップル調整用の出力段に設けられるＣＲを適当に調整することによって、鋸歯状の電圧を出力することができる。Ｆ／Ｖコンバータ６の出力電圧は、ベアリングパルス生成回路４から出力されるパルス列の周波数に比例して上下するが、その応答速度は、パルス列の周波数（応答速度）と同様に１００〜２５０Hzのままである。アンテナ回転数切り替え回路７は、複数のアンテナ回転数を切り替える回路であって、切り替えられたアンテナ回転数に対応する電圧を出力する。コンパレータ８は、このアンテナ回転数切り替え回路７の出力電圧とＦ／Ｖコンバータ６の出力電圧とを比較し、その誤差出力をモータドライブ回路３に入力する。モータドライブ回路３は、ＰＷＭ回路を含んでおり、コンパレータ８から出力されるパルスのデューティに応じてモータ２に対して出力するドライブ用の１０kHz 以上のパルス信号（例えば、２２．５kHz ）を制御する。
【０００８】
上記Ｆ／Ｖコンバータ６は、図２に示すように、シュミット回路、フリップフロップ（Ｆ．Ｆ）、チャージポンプ、出力段から構成されており、出力段にはコンデンサＣと抵抗Ｒの時定数回路が接続される。このコンデンサＣと抵抗Ｒの時定数回路によってＦ／Ｖコンバータの出力波形のΔＶ（リップル）を決める。請求項１の発明では、このコンデンサＣと抵抗Ｒの値を適当な大きさに設定することによって、ベアリングパルスをこのＦ／Ｖコンバータを通した時に、その出力に比較的大きなリップルを持つ鋸歯状の電圧が出力されるようにする。その結果、コンパレータ８の出力は図３のようになる。すなわち、Ｆ／Ｖコンバータ出力に対して、アンテナ回転数切り替え回路７の出力がしきい値として作用し、コンパレータ８は、Ｆ／Ｖコンバータ６の出力がしきい値以上の期間をＨとするパルス列を出力する。この場合、Ｆ／Ｖコンバータ６の出力は鋸歯状波であるために、図４に示すように、ベアリングパルスの低速の応答性が高速の応答性に改善される。図４において、例えばベアリングパルスの周期ＴがΔｔ１だけ伸びると、それに応じて信号Ａ（Ｆ／Ｖコンパータ出力）も図の点線のように変化し、更にそれに応じて、コンパレータ出力Ｃの周期がΔｔ２だけ伸びる。この時、信号Ａはそのレベルが低下するが、鋸歯状波であるためにしきい値である信号Ｂとの比較結果である出力ＣはΔｔ１よりも長いΔｔ２だけ周期が伸びる。すなわち、高感度の応答特性を得ることができる。
【０００９】
このように、図１に示す回路構成によると、１００〜２５０Hz程度の応答性を増幅して高感度な高速応答特性とすることができるから、モータ２の回転数の安定化を実現することができる。例えば、ベアリングパルス生成回路４から出力される１００〜２５０Hz程度の低速のベアリングパルスの応答性でモータ２の回転数の安定化を図る単純な構成では、負荷トルクが変動したときにアンテナ１の回転が速くなったり遅くなったりするハンチング現象を起こすことがあるが、図１のように構成することで、このような現象をなくすことができる。特に、モータ２の設定回転数を下げて定格以下の電圧で制御した場合、モータ２に対する供給トルクが低下するために回転数の不安定性は一層増大するが、図１に示す回路構成によれば、そのような場合にも安定した回転数を得ることができる。
【００１０】
また、図１において、ベアリングパルス生成回路４は、元来、レーダ装置本体の座標変換部５に対してアンテナ方位信号θを供給するものであるが、図１においては、このベアリングパルス生成回路４を用いてモータ回転数の安定化の制御を行うようにしている。このため、Ｆ／Ｖコンバータ６に対して供給するパルスを生成するための特別の回路を必要としない。なお、モータドライブ回路３は、通常のＰＷＭ制御を行うための回路を含み、このＰＷＭ制御回路は、上記１００〜２５０Hz程度の低速の信号に比較して、より高周波の（２２．５KHz 等、１０KHz 程度以上）鋸歯状波を発生する鋸歯状波発生回路と、上記コンパレータの出力を平滑した信号とを対比するＰＷＭコンパレータを含んでいる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図５は、この発明の実施形態であるレーダアンテナのモータ回転数制御回路の構成図である。
【００１２】
同図において、各符号は図１に示す基本構成図の符号に対応している。なお、この実施形態では、波形整形回路９をＦ／Ｖコンバータ６の前段に配置し、Ｆ／Ｖコンバータ６に入力するための信号を波形整形する。アンテナ回転数切り替え回路７は、この例では２段階（Ｈ：４２回転（分）、Ｌ：２４回転（分））としている。スイッチＳＷ１をＨまたはＬに設定することによって、アンテナ回転数切替回路７が、その設定位置に応じた電圧をコンパレータ８の一方の入力に導く。
【００１３】
モータドライブ回路３は、ＰＷＭコンパレータ３０を含み、その入力側には鋸歯状波発生回路３１、コンパレータ８の出力を平滑する平滑回路３２および電源オン時やリセット時などにソフトスタートを行うためのソフトスタート制御回路３３が接続されている。また、ＰＷＭコンパレータ３０の出力側には、ドライブ回路３４、アンテナモータ電源回路３５、アンテナモータへの電源電圧をドライブ回路３４の出力に基づいてオンオフするスイッチング回路３６、およびスイッチング出力を平滑する平滑回路３７が接続されている。
【００１４】
図６は、上記制御回路の各部の波形を示す図である。以下、この波形図を参照して動作を説明する。
【００１５】
ベアリングパルス発生回路４で発生したベアリングパルスは、波形整形部９で波形整形されてからＦ／Ｖコンバータ６に入力する。アンテナ回転数切替回路７では、回転数がＨまたはＬにスイッチによって設定され、設定された回転数に応じたレベルの電圧をコンパレータ８に対して出力する。Ｆ／Ｖコンバータ６の出力は、図２〜図４において説明したように、その出力は１００〜２５０Hzの低速の応答性を有する鋸歯状の波形である。一方、コンパレータ８の出力は、図３、図４において説明したように、極めて速い応答性を持つパルス列となる。
【００１６】
ＰＷＭコンパレータ３０の入力側に接続される鋸歯状波発生回路３１は、１０KHz 以上（この例では２２．５KHz ）の鋸歯状波を発生する回路で、ＰＷＭコンパレータ３０において、この鋸歯状波と平滑回路３２の出力とを比較する。平滑回路３２は、上記コンパレータ８の出力を平滑する回路である。なお、ベアリングパルス発生回路４は、アンテナ１が１°回転する度に１パルスを発生する。このため、スイッチＳＷ１がＬ設定（２４回転）では、ベアリングパルスの周波数は、３６０×２４／６０＝１４４Hzとなり、スイッチＳＷ１がＨ設定（４２回転）では、３６０×４２／６０＝２５２Hzとなる。平滑回路３２は、この周波数が１４４Hz（２５２Hz）より下がると出力電圧が０〜３Ｖの間のある所定電圧から０Ｖに向かって低下するように、また、１４４Hz（２５２Hz）より上がると上記所定電圧から３Ｖに向かって上昇するような時定数回路を含み、かつ、その電圧変化は高速の応答性を保持している。
【００１７】
ＰＷＭコンパレータ３０は、２２．５KHz の鋸歯状波と平滑回路３２の出力を比較して、パルス列を出力するが、図６に示すように、平滑回路３２の出力は鋸歯状波の波形に対して、ほぼ平行に上下に変動する。なお、この平滑回路３２の出力は、１００〜２５０Hz程度ではリップルを持っているが、２２．５KHz の周波数ではほぼ同一レベルのフラットな信号（ＣＲ時定数回路での充電時の充電電圧または放電時の放電電圧）として捉えることができる。ＰＷＭコンパレータ３０は、この平滑出力の上下変動に応じてデューティが約０．１〜約０．９の範囲で変化するパルス列をドライブ回路３４に出力すると共に、このドライブ回路３４によってアンテナモータ２への供給電圧（３０Ｖ）をオンオフスイッチングし、これを平滑回路３７で平滑してアンテナモータ２に供給する。
【００１８】
以上のようにして、通常の動作状態においては、鋸歯状波発生回路３１と平滑回路３２の出力を比較することによってＰＷＭ制御が行われる。
【００１９】
なお、ソフトスタート制御回路３３は、モータの回転動作を開始させるときに機能する回路である。ＰＷＭコンパレータ３０は、鋸歯状波発生回路３１から入力する鋸歯状波と、平滑回路３２またはソフトスタート制御回路３３のいずれかレベルの高い方の信号とを比較するように構成されている。モータ回転数制御回路の動作開始時（電源オン時）には、ＳＷ２（送信ＳＷと連動）はＬになっており、ソフトスタート制御回路３３はＨに固定されて、ＰＷＭコンパレータ３０の出力は出ない。ＳＷ２がＨ（送信ＳＷオン）となると、徐々にそのレベルを低下させ、ＰＷＭコンパレータ３０の出力のデューティが０から徐々に増加する。したがって、スイッチＳＷ２がＨに設定されてからしばらくの間は平滑回路３２の出力にかかわらずアンテナモータ２は徐々に起動され、適当な回転数になった段階で、平滑回路３２の出力がソフトスタート制御回路３３の出力を上回るようになり、以後、この平滑回路３２の出力が有効となって以下通常のＰＷＭ制御が行われていく。
【００２０】
以上のように、Ｆ／Ｖコンバータ６の出力を鋸歯状にし、コンパレータ８において、この鋸歯状の電圧とアンテナ回転数切替回路７によって設定された電圧とを比較することにより、応答速度が極めて速くなり、アンテナモータ２の回転数を安定させることができる。特に、スイッチＳＷ１をＬに設定してアンテナモータ２を定格以下で駆動する低トルクの状態においても、回転数の安定化を実現でき、ハンチング現象などが生じるのをなくすことができる。
【００２１】
【発明の効果】
この発明によれば、アンテナモータの回転数の安定化を実現することができ、特に、定格以下で駆動する場合にもその安定性を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】モータ回転数制御回路の基本構成図
【図２】Ｆ／Ｖコンパータの構成図
【図３】この発明の動作原理について説明する図
【図４】この発明の動作原理について説明する詳細な波形図
【図５】この発明の実施形態であるモータ回転数制御回路の構成図
【図６】波形図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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