第一篇：測速雷達工作原理

測速雷達工作原理

車友多有闖紅燈或超速被電子眼拍到而被罰的經歷。只要給電子眼拍到，罰款不是200就是500，心痛之余，車友去尋找反電子眼的設備。本文就目前的幾類常用設備作一個粗淺的原理分析和功能比較。闖紅燈或超速駕駛極易造成交通事故，請車友三思。

一、雷達探測器

雷達測速的原理是，道路旁裝有雷達發射器，向道路來車方向發射雷達波束，再接收汽車的反射的回波，通過回波分析測定汽車車速，如車速超過設定值，則指令相機拍攝，如晚間同時觸發閃光燈。雷達探測器的原理很簡單，就是接收到雷達信號后，馬上報警，提示車主減速。

雷達探測器基本是進口的，價格一般在800元至5000元，性能高低也非常不同。最大的不同，就是可以感應的雷達波的頻段不同。因為我國各城市道路的雷達測速設備從不同的國家進口，使用的雷達頻率大多并不相同，同一個城市有些裝了來之三四個國家的不同頻段的雷達測速器。低端的雷達探測器，往往只能感應一個頻段的雷達波，而高端的雷達探測器，可以感應多個頻段的雷達波，甚至還有激光感知器，同時還可以防激光測速器。

此外，感應的距離遠近也體現了雷達探測器的性能高低。如感應距離過近，車主來不及減速，已經被拍到了；如減速過猛，還易造成追尾事故。高端的雷達探測器可以一公里左右感知雷達波，而差的只有在200米左右才能感應。

雷達探測器的軟肋：

1）一些便宜的設備因頻段和靈敏度的問題，反雷達測速的效果不好；效果好的又比較貴。2）目前，很多城市采用路面下埋設速度感應線圈的方法來檢測超速，此時雷達探測器可能只部分有效。

3）此類設備只能應付雷達測速，而路口紅燈電子眼完全無效。

二、電子狗

電子狗價格在250至500元之間，使用時只要插入點煙器即可，非常方便。它偵察電子眼原理非常簡單：生產電子狗的廠家，在有電子眼的地方，偷藏了一個無線電發射器，它針對所在路線的特點，發了含有信息代碼的無線電信號,汽車開近此地，接收器收到發射器的無線電信號，解碼出報警類型，發聲芯片發出語音報警，如此段限速，此段單向，此路口有電子眼等。

電子狗的優點是成本低。缺點是：第一，如果所有的紅綠燈都裝了電子眼（比喻深圳），因此，電子狗會響個不停，不但失去報警意義，還非常吵人，一般產品音量無法調節，也無法關閉；第二，沒有無委會的批準，這樣發射器的設置是非法的，還要供電，需偷偷換裝，有可能被拆掉或損毀。第三，發射器的發射功率要定得恰當，如過小則接收到信號的時候，為時已晚；過大則很遠就開始叫，煩人。第四，電子狗不能判別方向，如對面車道或交叉車道有電子眼，也會誤報。

優點：便宜

軟肋：非法，吵人，不可靠，范圍有限。

三、GPS雷達探測器

GPS雷達探測器不但能做測速雷達警報，也可以做紅綠燈電子眼警告；不管電子眼的監測方法是用雷達波、激光，還是用地面感應線圈，GPS雷達探測器都可報警。

交管系統每增加一處電子眼，電子狗系統就要去偷裝一個發射器；相比之下，GPS雷達探測器只要增加一個地標放在網上供下載更新就行，成本低而響應快。

相比雷達探測器和電子狗系統，GPS雷達探測器還能判別電子眼方向，如是對面方向或交叉方向的電子眼，它不會誤報警了。

引外，GPS雷達探測器還可以自行設定報警提前量，如300米或500米；如果當時車并未超速，可以不予報警，省去煩擾。另外，不管有沒有電子眼，GPS智能狗都可以提醒車主，該路段限速是多少，現在是不是超速等。

除了報警外，GPS雷達探測器還可以用在尋找加油站、廁所、停車場等方面。此外，一般GPS所具有的導航、記錄等功能它一應俱全。

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白金長老

財產 5846 帖子 4998 注冊 04-12-12 來自 河南省,鄭州市,金水區 社會影響力 0 愛卡長號碼 324222 2樓發表于 07-03-09 11:17

四、結論：

高端的反雷達探測器，對于雷達測速儀的反偵察近乎完美，且對于流動雷達測速點亦能應付。缺點在于價格稍貴；且由于靈敏度高，對于另側道路的雷達反射波可能誤報；對于越來越多的地面感應線圈式測速點完全無能為力。

電子狗價格便宜，但依賴于偷設的發射器，局限性較大，具比較吵人。

GPS雷達探測器的優點是能防任何方式的電子眼；并且GPS雷達探測器除防電子眼之外，還有提醒、導航等其他更多的用途，樂為車友接受；也因此可以登堂入室，而不必象另兩種設備要暗中交易。缺點是它需要定期更新測速點數據，另外對于流動雷達測速點，完全無能為力。

警用雷達波段介紹

中國的電子警察,既有美國的Ka波段,也有歐洲的Ku段,和日本的X段、K段!還有Ka ,VG2反測速雷達等等,還有固定式S線圈,其最高測速范圍介于200~270km/h實際上，所說的K、Ku、Ka、X，就是測速雷達所使用的雷達波頻段，也是用無線電波頻率來定義的。以下附一個頻率對照表：

X波段：10.500-10.550GHz 9.850-9.950GHz（目前X band警車外掛式以及X雷達槍其最高速范圍介于200~300km/h。）K波段：24.050-24.250GHz 新K頻：24.025-24。225 Ka波段: 33.400-36.000GHz Ku波段: 13.450-13.500GHz LASER雷射（激光）：904nm（LASER測速槍以及流動測速系統其最高測速范圍介于300~480km/h.）

GPS：1575.42 MHz ± 1.023 MHz Ka－Laser、VG2.P、V.S 390MHZ P頻：UHF固定式照相，預警接收信號

我國X段,K段和Ku段的雷達產品較多。據說：80％是Ku段

車輛安裝了雷達測速探測器，闖紅燈會不會被拍照？？

實際上在路口的攝像頭拍照駕駛員闖紅燈可以通過許多種技術實現，在這方面并沒有統一的標準和方法，完全取決于中標的設計施工單位。通常情況下可以通過雷達觸發拍照、感應線圈觸發拍照，或通過圖像識別觸發拍照的方式。在使用雷達觸發方式時，當紅燈亮時，在停車線前形成一個雷達區，當有車通過時啟動電子快門照相。這時雷達測速探測器有可能工作。在采用感應線圈觸發拍照時，在道路施工時，在路面下埋有感應線圈，當有車闖紅燈時，感應線圈啟動電子快門拍照。在使用圖像識別技術時，以地面白線為警戒區，當有車闖紅燈時，地面白線被遮擋后觸發照相。由于采用的技術不同，所以沒有任何一種設備可以完全預報闖紅燈拍照。不同于測速只有采用雷達或激光技術，因此雷達測速探測器可以完全預報測速探測。

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財產 5846 帖子 4998 注冊 04-12-12 來自 河南省,鄭州市,金水區 社會影響力 0 愛卡長號碼 324222 3樓發表于 07-03-09 11:18

常見的攝像頭架設方式和工作原理

在國內最常見的雷達測速攝像頭通常安裝在高速路、環線的上方，叫做單車道雷達測速抓拍系統。通常會在所要探測的道路上方架設一個雷達探頭，在距離雷達前方的道路上形成一個5米長1.6米寬的警戒區域，為了減少誤報（通常要求系統的誤報率小于5%），所以雷達的功率不會太強，以免產生誤報。根據當時在路面行使車輛的狀況不同，雷達測速探測器的預警距離也會不同。

手持式雷達測速儀的特點是價格便宜，靈活性強，可以移動操作，所以手持式雷達測速器也是警察最常用的設備。根據發射功率的不同有效測速距離在300-800米之間，但是由于手持式雷達采用的是模糊瞄準，所以根據道路車輛狀況的不同，警察并不會在很遠的距離測速，在高速路通常會在150-300米范圍測速，在城際公路、國道的測速范圍在100-200米左右。如果警察沒有測速不會產生雷達信號，雷達測速探測器也不會報警。

車載式雷達測速抓拍系統，可以全天候工作，操作方便工作更舒適，越來越廣泛地裝備給警察部隊和高速路管理機關。為了提高抓拍的準確度，雷達會在雷達的前方100米左右形成警戒區，對于超速的駕駛員拍照。所以使用雷達測速探測器的用戶要注意，當行使在空曠地帶接受到報警信號時（如國道、環線和高速路），90%是雷達測速。

是不是雷達測速探測器的靈敏度越高越好？

普遍上認為雷達測速探測器的靈敏度越高越好，但是考核雷達測速探測器的指標除了靈敏度外，還要考核雷達測速探測器的誤報率。因為，在我們的周圍存在許多電信號，隨著靈敏度的提高，誤報的比率也會提高。單純在高速路行使還好，一旦進入城市就如同草木皆兵，到處都響，而城市的邊緣是個模糊的概念，所以使用City模式會變得復雜。因此，并不是靈敏度越高越好，重要的是能夠提供足夠的預警距離，根據實際使用狀況100-400米的范圍就可以滿足使用要求，從100公里減速到0通常需要60米左右的距離，而超速時并不需要加速到0，只要減速到正常水平有2、3秒時間就足夠了，所以駕駛員也需要不斷地提高使用技巧。

關于雷達測速在使用上大體上可以分為兩大類固定式和手持式，固定式通常和攝像機聯合使用構成抓拍系統。固定式在使用時會持續地產生探測電波，可是由于攝像機的要求和避免誤報，雷達的觸發區域距離會很近，通常在30米左右，但是并不代表探測電波只走30米，由于地面的反射，測速探測器會在更遠的距離接收到電波并發出報警。對于手持式雷達并不持續地產生探測電波，只有在按住按鈕時才產生探測電波，可是手持式雷達采用的是模糊瞄準，所以需要更多的時間。另外，是探測器先接到電波，然后雷達才接到反射回來的電波并開始計算速度，可是測速雷達需要接受到8個連續的反射信號才能算出速度，所以，在你發現被測速并及時調整速度就可以避免罰單。

使用的注意事項：

A、探測器必須放在正確位置，才能發揮最大的效用：

a、探測器固定在車輛的前風擋玻璃上，或用尼龍扣雙面膠將探測器固定于儀表盤上方，接收天線朝向車頭的方向。探測器應處水平位置或接收天線稍微上翹。b、接收天線必須朝向前擋玻璃且不可被雨刷阻擋，否則影響收訊效果。

B、前擋風玻璃貼了金屬防暴隔熱膜（或自帶防暴功能）的車子將會影響探測器反應距離 前擋風玻璃貼了金屬防暴隔熱膜將會縮短三份之一至三份之二的提示距離，解決方法是將接收口附近的防暴膜割掉一塊或一整條，或干脆不使用防暴膜，或選用分體機型。C、嚴禁兩臺探測器共同使用

兩臺測速器共同使用，將會造成互相干擾，使測速器工作不正常。D、市區雜波干擾

市區的雜波（如電信局發射站，高壓電線，無線電通訊器，遙控器，自動門等）會發出類似頻率的微波，探測器經過這些地方的時候，有時會產生“誤報”現象，這是正常的，可用是否連續報警來判斷是否誤報。一般說來，真正的測速波警告聲是連續報警，而且是越近波源越急促，而“誤報”往往只是一，兩聲報警。

世界的測速頻道及測速系統介紹

美國聯邦電訊委員會FCC（Fededral Communication Commission）規定世界警用測速頻道

有X，K，Ka，aser。以下為各頻道的頻率：

S band：2.445 GHz（在50'~60'使用）X band：10.525 GHz K band：24.150 GHZ Ka band：33.40~36.00 GHz（頻寬2.6 GHz,又稱Super-Wind Ka band）Laser：紅外線800~1100nm 另外歐規頻道有Ku band : 13.450 GHz（雜志上廣告所謂Gatso 24 Ku及Gatso 33 Ku兩種 測速頻道,是所謂的K band與Ka band ,并不是新的Ku測速頻道）K band：24.125 GHz。

以下為各頻道之下對應的部份測速系統: X band：10.525 GHz

（美制Muni Quip警車測速攔截雷達）

（美制MPH K-55警車測速攔截雷達）

（美制Decatur Hunter,MV715警車測速攔截雷達）

（美制Decatur Hunter HH手持雷達槍）Ku band：13.450 GHz

（荷制GATSO 13流動雷達測速照相系統）

（荷制GATSO 13固定式雷達測速照相系統）K band：24.125 GHz

（荷制GATSO 24流動雷達測速照相系統）

（荷制GATSO 24固定式雷達測速照相系統）

（流動式Traffipax Speedophot測速照相系統）

（固定式Traffipax Speedophot Station測速照相）24.150 GHz

（美制MPH K-15測速攔截）

（美制Decatur MV724警車測速攔截雷達）

（美制Kustom Trooper,Hawk,警車測速攔截）

（美制Kustom KR-10SP,KR-11,警車測速攔截）

（美制Kustom Falcon,HR-12手持雷達槍）

（澳制AWA Fairey流動雷達測速照相系統）Ka band： 33.30 GHz（荷制GATSO 33流動雷達測速照相系統）33.80 GHz（美制MPH Bee 36A流動雷達測速系統）34.30 GHz（瑞制Multanova 6F三腳架流動雷達測速系統）34.60 GHz（美制AST PR-100流動測速照相系統）34.70 GHz（美制Stalker手持雷達測速槍）34.94 GHz（美制Stalker手持雷達測速槍）

36.00 GHz（美制MPH Bee 36流動雷達測速系統）

33.4~34.4 GHz（美制Stalker雷達測速系統）34.2~35.2 GHz（美制Stalker雷達測速系統）

Laser：Kustom Signals Pro Laser LTI 20-20 Autovelox 104/c2 Jenoptik LAVEG ESO

Drilling slichtschranke

第二篇：基于測速雷達的多目標檢測算法[推薦]

基于測速雷達的多目標檢測算法

（合肥工業大學計算機與信息學院，安徽合肥 20009）

摘要：近些年了來隨著科技的進步、人們生活水平的提高，為滿足生產和生活的需求各種交通工具應用而生。車型和車速的不斷提高給道路交通管制帶來了許多的不便和麻煩，因此基于交通測速雷達的多目標分辨領域的研究至關重要，能更好的對道路交通進行管理，在跟蹤目標，對超速車輛的查找以及統計各類型車輛數量、緩解交通壓力等方面有很大的用途。

本文在多普勒雷達的基礎上研究發展而來的基于測速雷達的多目標分辨算法。首先介紹了雷達測速的研究背景及意義，多普勒雷達的測速原理，目前的發展狀況以及傳統雷達的不足之處。接著介紹了多目標分辨的理論依據，也就是本論文主要講解的超速雷達的多目標分辨。

關鍵詞:多普勒雷達、多目標分辨、頻譜分析、幅度比較

一、研究背景

21世紀以來，人類生產力大解放。科技的蓬勃發展，工業革命的不斷推進，無論是生產還是生活人類發生了翻天覆地的變化。其中最明顯的便是交通運輸工具的變化。隨著道路基礎設施建設水平的提高，人們生活質量的提高促使家庭小汽車的不斷增加，同時為滿足生產力發展的需求，各種交通工具應用而生。公路交通運輸業是推動國民經濟發展，促進經濟社會繁榮的主動力。為實現對道路交通的有效管制以及行車速度測量及對超速車輛的實時監測控制對道路上的多目標進行分辨至關重要。

從雷達早期出現用于對空中金屬物體的探測，到二戰以來出現的雷達對空對地的火力控制等，雷達主要應用于軍事領域。隨著科技的進步，雷達技術的不斷發展，雷達不再是一種單純的軍事雷達，其應用領域不斷增加，功能不斷增強出現了各種各樣的雷達，比如氣象雷達，道路交通測速雷達等。雷達測速是利用多普勒效應，通過多普勒頻移計算目標的速度。雷達測速因其準確性高，速度快，穩定性好，探測距離遠，可移動測速，能更好的抑制地無干擾等優點，得到廣泛應用，但是由于雷達波束較寬，在多車并行行駛時，無法分辨出超速車輛，給監測控制帶來了困難。國內現有超速測量抓拍系統在多車并行時，由于僅能檢測出有車輛超速，無法分辨超速車輛，為避免誤判只能放棄抓拍，無形中增加了交通事故隱患，嚴重影響了現代交通的嚴格法制化管理進程。因此多目標分辨雷達的研究和制造有著非常重要的作用。同時不僅可應用于超速雷達的探測，在對車型檢測，緩解交通壓力等方面都發揮很大的作用。

二、交通測速雷達發展狀況

目前，美國聯邦電訊委員會規定警用測速頻道為Xband，Kband，Kaband三種，它們對應的微波頻率分別為10.525GHZ，24.150GHZ,33.40-36.00GZH。Xband雷達形狀為圓型，無法在車陣中鎖定超速車輛只能在車陣中檢測第一輛車的速度。K band測速雷達為手持式的雷達，國內警方絕大多數使用這種雷達。Ka band雷達與K band雷達相似，由于其微波頻率更高，測速范圍更加集中，所以不容易被干擾，目前國內基本局限于一般性測量且測量結果較粗糙，在先進技術方面還有很大差距，因此對多目標分辨的研究至關重要，對提高國內雷達水平，方便道路超速車輛管理有重要的作用。

三、多普勒雷達的作用原理

多普勒雷達，又名脈沖多普勒雷達，是一種利用多普勒效應來探測運動目標的位置和相對運動速度的雷達。1842年,奧地利物理學家J·C·多普勒發現,當波源和觀測者有相對運動時,觀測者接受到的波的頻率和波源發來的頻率不同,這種現象被稱為多普勒效應。波是由頻率和振幅所構成，而無線電波是隨著物體而移動的，當無線電波在行進的過程中，碰到物體時，該無線電波會被反彈，而且其反彈回來的波，其頻率及振幅都會隨著所碰到的物體的移動狀態而改變。若無線電波所碰到的物體時是固定不動的，那么所反彈回來的無線電波其頻率是不會改變的。然而，若物體朝著無線電線發射的方向前進時，此時所反彈回來的無線電波會被壓縮，因此該電波的頻率會隨之增加；反之，若物體是朝著遠離無線電波方向行進時，則反彈回來的無線電波，其頻率則會隨之減小。

多普勒測速原理圖

設雷達與動物體之間的距離為s，則雷達電磁波在到達目標并返回的雙層路徑中，波長為λ的波數為2s/λ，每個波長對應2π rad的相位變化，雙程傳播路徑總相位變化為φ=4πs/λ。如果目標相對與雷達運動，雷達與運動物體目標的距離s和相位變化都會隨時間而變化，對上式求導，可得角頻率Wd=dφ/dt=4πv/λ=2πFd。其中v=ds/dt為物體目標徑向速度。Fd為多普勒頻移。所以Fd=2v/λ=2vf/C，其中f=C/λ是雷達發射電磁波頻率。利用多普勒頻移產生的拍現象可把運動目標的回波從雜波中分離出來。

四、基于幅度比較的多目標分辨方法

多普勒測速雷達因其測速精度高，速度快，穩定性好，探測距離遠，可移動等優點，得到廣泛應用，但是由于雷達波束較寬，在多車并行行駛時，無法分辨出超速車輛，給違章抓拍帶來了困難，因此可以使用基于幅度比較的多目標分辨方法。

基于幅度比較的多目標分辨方法是通過比較回波幅度分辨并行行駛車輛中的超速車輛的方法。該方法利用雷達天線波束增益和角度的關系，結合雷達作用距離與回波功率的關系，通過對不同車道上雷達接收回波的多普勒頻率譜幅度值進行分析比較，從而分辨出多車道上并行車輛中的超速車輛。

雷達測速模型：

如圖所示基于幅度比較的多普勒測速雷達的模型圖。雷達工作頻率 24GHz，λ=1.25cm，天線口徑D=5cm，3dB波束寬度θ=λ/D=0.25rad=14.3。雷達有效作用距離大約為30m，此時波束的方位寬度達到d=θ*R=7.5m，單車道寬度大約為3m，此時單個雷達波束可以覆蓋2～3個車道，可以同時檢測到多個運動目標。但無法分辨每輛車的速度。該方法模型采用同源多天線結構，即天線發射的雷達信號來自同一個源，再由功分器均分形成。測速雷達分別安裝在車道中央通過幾部天線測出的多普勒頻移正的幅度差異來判斷超速車輛所處的車道。測速雷達的工作原理是：雷達向目標發射電磁波并接收回波信號，從回波中提取速度對應的多普勒頻率，進而求出運動目標的速度。

以雷達發射連續波的情況為例，其發射信號可以表示為： S0(t)=Asin(2πf0t+φ0)式中，A為振幅，fo為雷達的發射頻率，φ0為初相。

按照圖所示測速模型，雷達1接收到的有：carl反射的雷達1的回波，carl反射的雷達2的回波，car2反射的雷達l的回波和car2反射的雷達2的回波四個信號。由于雷達位置的不同，雖然發射的是相同的信號，但是carl相對與雷達2的徑向速度為：V21=V11*cosθ，不同于相對與雷達1的徑向速度，因此多普勒頻率分量也不相同，car2的情況同理。同樣雷達間的位置差異也決定了距離因子和回波衰減系數的不同。

假設左右兩車道雷達接收到的由兩個運動目標反射的回波信號分別為Sr1(f)和Sr2(f)，建立回波：

式中，αij為雷達波束方向影響因子；rij為目標j相對于雷達i的距離因子；fij=2Vijf0/C，為運動目標的多普勒頻移，其中，Vij代表目標j相對于雷達i的運動速度，c代表電磁波的傳播速度。

fd11和fd21分別是目標1相對于兩個雷達的多普勒頻率，fd12和fd22分別是目標2相對于兩個雷達的多普勒頻率。設△fd1和△fd2為目標1和目標2相對于兩個雷達的多普勒頻差：

△fd1=fd11-fd21 △fd2=fd12-fd22 將上式化簡為如下兩式：

回波信號與本振信號進行自混頻得到差頻信號S1(t)和S2(t):

（k1=r1α為幅度增益系數）

從差頻信號中提取多普勒頻率，可由多普勒原理計算出目標的運動速度：

v=fd*c/2f0

雷達回波信號信號功率譜分析

當右車道有車輛行駛時，左右兩路雷達會分別接收到該車輛的回波信號，由于位置的差異，所接收的多普勒頻率分量和能量值均不相同。顯而易見，在相對距離較近，且處于主瓣中心位置的能量最大，即對于右車道的車輛而言，右路雷達接收到的右車道行駛車輛的多普勒頻率分量的能量就要大于左路雷達所接收到的右車道行駛車輛的多普勒頻率分量的能量。如果對兩路雷達在該多普勒頻率下的能量值做一個差值比較：

P2(fd2)-P1(fd1)=a 當a>0時，多普勒頻移為fd2的車在右車道；當a<0時，多普勒頻移為fd1的車在左車道。當兩車道都有車輛行駛時，兩個雷達會分別接收到兩車道上行駛車輛的回波信號，由于位置的差異，所接收的多普勒頻率分量和其能量值均不相同。此時先判斷是否有超速車輛，再判斷是否同時超速：如果僅有一輛車超速，對多普勒頻率值最大的分量作比較，判斷超速車輛所處的位置；如果兩輛車同時超速，則直接記錄然后進行后續處理。以上就是基于測速雷達的多目標分辨算法。

五、總結

隨著中國道路交通的不斷發展涌現出各種各樣的問題，超速行駛在各種違章中占了很大比例，因此對超速行駛車輛的檢測和加大力度的懲罰措施至關重要。而對超速行駛的汽車的鑒定便需要對汽車進行分辨識別，本文便是這個研究方向的一些理論依據。

通過這次的學習，我更加清楚地認識到了多普勒雷達的作用原理，同時基于多普勒原理而衍生出來的超速車輛的分辨研究也有了一定的認識和學習，對雷達在道路交通中的應用更加了解，增強了自己對雷達技術研究的興趣，收獲很多。

參考文獻

[1]林仲揚漫談雷達測速江蘇省計量測試技術研究所江蘇南京 2006 [2]劉哲交通測速雷達的檢測及技術改進分析云南大學2008 [3] 陳卓交通檢測雷達的多目標分辨算法研究西安電子科技大 [4] 李艷雷達多目標分辨方法研究國防科技大學 2005 [5] 楊粵湘雷達測速在公安交通管理中的應用廣東公安科技

2005 [6]周高杯多運動目標的頻譜分析及基于DSP的雷達測速儀的設計湖南大學，2005 [7] 孫超脈沖多普勒雷達測速關鍵問題研究西安電子科技大學 2014 [8] 孫朝云，陽紅，高懷剛 交通測速雷達性能分析與改善《長安大學學報:自然科學版》 2003

第三篇：雷達工作 原理

雷達的原理

雷達(radar)原是“無線電探測與定位”的英文縮寫。雷達的基本任務是探測感興趣的目標，測定有關目標的距離、方問、速度等狀態參數。雷達主要由天線、發射機、接收機（包括信號處理機）和顯示器等部分組成。

雷達發射機產生足夠的電磁能量，經過收發轉換開關傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個很窄的方向上形成波束，向前傳播。電磁波遇到波束內的目標后，將沿著各個方向產生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達的方向，被雷達天線獲取。天線獲取的能量經過收發轉換開關送到接收機，形成雷達的回波信號。由于在傳播過程中電磁波會隨著傳播距離而衰減，雷達回波信號非常微弱，幾乎被噪聲所淹沒。接收機放大微弱的回波信號，經過信號處理機處理，提取出包含在回波中的信息，送到顯示器，顯示出目標的距離、方向、速度等。

為了測定目標的距離，雷達準確測量從電磁波發射時刻到接收到回波時刻的延遲時間，這個延遲時間是電磁波從發射機到目標，再由目標返回雷達接收機的傳播時間。根據電磁波的傳播速度，可以確定目標的距離為：S=CT/2

其中S：目標距離

T：電磁波從雷達到目標的往返傳播時間

C：光速

雷達測定目標的方向是利用天線的方向性來實現的。通過機械和電氣上的組合作用，雷達把天線的小事指向雷達要探測的方向，一旦發現目標，雷達讀出些時天線小事的指向角，就是目標的方向角。兩坐標雷達只能測定目標的方位角，三坐標雷達可以測定方位角和俯仰角。

測定目標的運動速度是雷達的一個重要功能，—雷達測速利用了物理學中的多普勒原理．當目標和雷達之間存在著相對位置運動時，目標回波的頻率就會發生改變，頻率的改變量稱為多普勒頻移，用于確定目標的相對徑向速度，通常，具有測速能力的雷達，例如脈沖多普勒雷達，要比一般雷達復雜得多。

雷達的戰術指標主要包括作用距離、威力范圍、測距分辨力與精度、測角分辨力與精度、測速分辨力與精度、系統機動性等。

其中，作用距離是指雷達剛好能夠可靠發現目標的距離。它取決于雷達的發射功率與天線口徑的乘積，并與目標本身反射雷達電磁波的能力（雷達散射截面積的大小）等因素有關。威力范圍指由最大作用距離、最小作用距離、最大仰角、最小仰角及方位角范圍確定的區域。

雷達的技術指標與參數很多，而且與雷達的體制有關，這里僅僅討論那些與電子對抗關系密切的主要參數。

根據波形來區分，雷達主要分為脈沖雷達和連續波雷達兩大類。當前常用的雷達大多數是脈沖雷達。常規脈沖雷達周期性地發射高頻脈沖。相關的參數為脈沖重復周期（脈沖重復頻率）、脈沖寬度以及載波頻率。載波頻率是在一個脈沖內信號的高頻振蕩頻率，也稱為雷達的工作頻率。

雷達天線對電磁能量在方向上的聚集能力用波束寬度來描述，波束越窄，天線的方向性越好。但是在設計和制造過程中，雷達天線不可能把所有能量全部集中在理想的波束之內，在其它方向上在在著泄漏能量的問題。能量集中在主波束中，我們常常形象地把主波束稱為主瓣，其它方向上由泄漏形成旁瓣。為了覆蓋寬廣的空間，需要通過天線的機械轉動或電子控制，使雷達波束在探測區域內掃描。

概括起來，雷達的技術參數主要包括工作頻率（波長）、脈沖重復頻率、脈沖寬度、發射功率、天線波束寬度、天線波束掃描方式、接收機靈敏度等。技術參數是根據雷達的戰術性能與指標要求來選擇和設計的，因此它們的數值在某種程度上反映了雷達具有的功能。例如，為提高遠距離發現目標能力，預警雷達采用比較低的工作頻率和脈沖重復頻率，而機載雷達則為減小體積、重量等目的，使用比較高的工作頻率和脈沖重復頻率。這說明，如果知道了雷達的技術參數，就可在一定程度上識別出雷達的種類。

雷達的用途廣泛，種類繁多，分類的方法也非常復雜。通常可以按照雷達的用途分類，如預警雷達、搜索警戒雷達、無線電測高雷達、氣象雷達、航管雷達、引導雷達、炮瞄雷達、雷達引信、戰場監視雷達、機載截擊雷達、導航雷達以及防撞和敵我識別雷達等。除了按用途分，還可以從工作體制對雷達進行區分。這里就對一些新體制的雷達進行簡單的介紹。（軍事觀察·warii.net）

雙/多基地雷達

普通雷達的發射機和接收機安裝在同一地點，而雙/多基地雷達是將發射機和接收機分別安裝在相距很遠的兩個或多個地點上，地點可以設在地面、空中平臺或空間平臺上。由于隱身飛行器外形的設計主要是不讓入射的雷達波直接反射回雷達，這對于單基地雷達很有效。但入射的雷達波會朝各個方向反射，總有部分反射波會被雙/多基地雷達中的一個接收機接收到。美國國防部從七十年代就開始研制、試驗雙/多基地雷達，較著名的“圣殿”計劃就是專門為研究雙基地雷達而制定的，已完成了接收機和發射機都安裝在地面上、發射機安裝在飛機上而接收機安裝在地面上、發射機和接收機都安裝在空中平臺上的試驗。俄羅斯防空部隊已應用雙基地雷達探測具有一定隱身能力的飛機。英國已于70年代末80年代初開始研制雙基地雷達，主要用于預警系統。

相控陣雷達

我們知道，蜻蜓的每只眼睛由許許多多個小眼組成，每個小眼都能成完整的像，這樣就使得蜻蜓所看到的范圍要比人眼大得多。與此類似，相控陣雷達的天線陣面也由許多個輻射單元和接收單元（稱為陣元）組成，單元數目和雷達的功能有關，可以從幾百個到幾萬個。這些單元有規則地排列在平面上，構成陣列天線。利用電磁波相干原理，通過計算機控制饋往各輻射單元電流的相位，就可以改變波束的方向進行掃描，故稱為電掃描。輻射單元把接收到的回波信號送入主機，完成雷達對目標的搜索、跟蹤和測量。每個天線單元除了有天線振子之外，還有移相器等必須的器件。不同的振子通過移相器可以被饋入不同的相位的電流，從而在空間輻射出不同方向性的波束。天線的單元數目越多，則波束在空間可能的方位就越多。這種雷達的工作基礎是相位可控的陣列天線，“相控陣”由此得名。

相控陣雷達的優點

（1）波束指向靈活，能實現無慣性快速掃描，數據率高；（2）一個雷達可同時形成多個獨立波束，分別實現搜索、識別、跟蹤、制導、無源探測等多種功能；（3）目標容量大，可在空域內同時監視、跟蹤數百個目標；（4）對復雜目標環境的適應能力強；（5）抗干擾性能好。全固態相控陣雷達的可靠性高，即使少量組件失效仍能正常工作。但相控陣雷達設備復雜、造價昂貴，且波束掃描范圍有限，最大掃描角為90°～120°。當需要進行全方位監視時，需配置3～4個天線陣面。

相控陣雷達與機械掃描雷達相比，掃描更靈活、性能更可靠、抗干擾能力更強，能快速適應戰場條件的變化。多功能相控陣雷達已廣泛用于地面遠程預警系統、機載和艦載防空系統、機載和艦載系統、炮位測量、靶場測量等。美國“愛國者”防空系統的AN／MPQ-53雷達、艦載“宙斯盾”指揮控制系統中的雷達、B-1B轟炸機上的APQ-164雷達、俄羅斯C-300防空武器系統的多功能雷達等都是典型的相控陣雷達。隨著微電子技術的發展，固體有源相控陣雷達得到了廣泛應用，是新一代的戰術防空、監視、火控雷達。

寬帶／超寬帶雷達

工作頻帶很寬的雷達稱為寬帶／超寬帶雷達。隱身兵器通常對付工作在某一波段的雷達是有效的，而面對覆蓋波段很寬的雷達就無能為力了，它很可能被超寬帶雷達波中的某一頻率的電磁波探測到。另一方面，超寬帶雷達發射的脈沖極窄，具有相當高的距離分辨率，可探測到小目標。目前美國正在研制、試驗超寬帶雷達，已完成動目標顯示技術的研究，將要進行雷達波形的試驗。

合成孔徑雷達

合成孔徑雷達通常安裝在移動的空中或空間平臺上，利用雷達與目標間的相對運動，將雷達在每個不同位置上接收到的目標回波信號進行相干處理，就相當于在空中安裝了一個“大個”的雷達，這樣小孔徑天線就能獲得大孔徑天線的探測效果，具有很高的目標方位分辨率，再加上應用脈沖壓縮技術又能獲得很高的距離分辨率，因而能探測到隱身目標。合成孔徑雷達在軍事上和民用領域都有廣泛應用，如戰場偵察、火控、制導、導航、資源勘測、地圖測繪、海洋監視、環境遙感等。美國的聯合監視與目標攻擊雷達系統飛機新安裝了一部AN／APY3型X波段多功能合成孔徑雷達，英、德、意聯合研制的“旋風”攻擊機正在試飛合成孔徑雷達。

毫米波雷達

工作在毫米波段的雷達稱為毫米波雷達。它具有天線波束窄、分辯率高、頻帶寬、抗干擾能力強等特點，同時它工作在目前隱身技術所能對抗的波段之外，因此它能探測隱身目標。毫米波雷達還具有能力，特別適用于防空、地面作戰和靈巧武器，已獲得了各國的調試重視。例如，美國的“愛國者”防空導彈已安裝了毫米波雷達導引頭，目前正在研制更先進的毫米波導引頭；俄羅斯已擁有連續波輸出功率為10千瓦的毫米波雷達；英、法等國家的一些防空系統也都將采用毫米波雷達。

激光雷達

工作在紅外和可見光波段的雷達稱為激光雷達。它由激光發射機、光學接收機、轉臺和信息處理系統等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發射出去，光接收機再把從目標反射回來的光脈沖還原成電脈沖，送到顯示器。隱身兵器通常是針對微波雷達的，因此激光雷達很容易“看穿”隱身目標所玩的“把戲”；再加上激光雷達波束窄、定向性好、測量精度高、分辨率高，因而它能有效地探測隱身目標。激光雷達在軍事上主要用于靶場測量、空間目標交會測量、目標精密跟蹤和瞄準、目標成像識別、導航、精確制導、綜合火控、直升機防撞、化學戰劑監測、局部風場測量、水下目標探測等。美國國防部正在開發用于目標探測和識別的激光雷達技術，已進行了前視／下視激光雷達的試驗，主要探測偽裝樹叢中的目標。法國和德國正在積極進行使用激光雷達探測和識別直升機的聯合研究工作。參考資料：

第四篇：伺服系統工作原理（本站推薦）

第一部分：伺服系統的工作原理 伺服系統(servo system)亦稱隨動系統，屬于自動控制系統中的一種，它用來控制 被控對象的轉角(或位移)，使其能自動地、連續地、精確地復規輸入指令的變化規 律。它通常是具有負反饋的閉環控制系統，有的場合也可以用開環控制來實現其功 能。在實際應用中一般以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統，例如數控 機床等。使用在伺服系統中的驅動電機要求具有響應速度快、定位準確、轉動慣量 較大等特點，這類專用的電機稱為伺服電機。其基本工作原理和普通的交直流電機 沒有什么不同。該類電機的專用驅動單元稱為伺服驅動單元，有時簡稱為伺服，一 般其內部包括轉矩（電流）、速度和/或位置閉環。其工作原理簡單的說就是在開 環控制的交直流電機的基礎上將速度和位置信號通過旋轉編碼器、旋轉變壓器等反 饋給驅動器做閉環負反饋的PID調節控制。再加上驅動器內部的電流閉環，通過這 3個閉環調節，使電機的輸出對設定值追隨的準確性和時間響應特性都提高很多。伺服系統是個動態的隨動系統，達到的穩態平衡也是動態的平衡。全數字伺服系統一般采用位置控制、速度控制和力矩控制的三環結構。系統硬 件大致由以下幾部分組成：電源單元；功率逆變和保護單元；檢測器單元；數 字控制器單元；接口單元。相對應伺服系統由外到內的“位置”、“速度”、“轉矩” 三個閉環，伺服系統一般分為三種控制方式。在使用位置控制方式時，伺服完 成所有的三個閉環的控制。在使用速度控制方式時，伺服完成速度和扭矩（電 流）兩個閉環的控制。一般來講，我們的需要位置控制的系統，既可以使用伺 服的位置控制方式，也可以使用速度控制方式，只是上位機的處理不同。另外，有人認為位置控制方式容易受到干擾。而扭矩控制方式是伺服系統只進行扭矩 的閉環控制，即電流控制，只需要發送給伺服單元一個目標扭矩值，多用在單 一的扭矩控制場合，比如在小角度裁斷機中，一個電機用速度或位置控制方式，用來向前傳送材料，另一個電機用作扭矩控制方式，用來形成恒定的張力。『伺服機構系統』源自servomechanism system，系指經由閉回路控 制方式達到一個機械系統位置、速度、或加速度控制的系統。一個伺 服系統的構成通常包含受控體(plant)、致動器(actuator)、控制器(controller)等幾個部分，受控體系指被控制的物件，例如一格機械手 臂，或是一個機械工作平臺。致動器的功能在於主要提供受控體的動 力，可能以氣壓、油壓、或是電力驅動的方式呈現，若是采用油壓驅 動方式，一般稱之為油壓伺服系統。目前絕大多數的伺服系統采用電 力驅動方式，致動器包含了馬達與功率放大器，特別設計應用於伺服 系統的馬達稱之為伺服馬達(servo motor)，通常內含位置回授裝置，如光電編碼器(optical encoder)或是解角器(resolver)，目前主要應用於 工業界的伺服馬達包括直流伺服馬達、永磁交流伺服馬達、與感應交 流伺服馬達，其中又以永磁交流伺服馬達占絕大多數。控制器的功能 在於提供整個伺服系統的閉路控制，如扭矩控制、速度控制、與位置 控制等。目前一般工業用伺服驅動器(servo drive)通常包含了控制器與 功率放大器。一個傳統伺服機構系統的組成如圖1所示，伺服驅動器主要 包含功率放大器與伺服控制器，伺服控制器通常包含速度控 制器與扭矩控制器，馬達通常提供類比式的速度回授信號，控制界面采用±10V的類比訊號，經由外回路的類比命令，可直接控制馬達的轉速或扭矩。采用這種伺服驅動器，通常 必須再加上一個位置控制器(position controller)，才能完成 位置控制。圖2所示是一個現代的伺服機構系統架構圖，其 中的伺服驅動器包含了伺服控制器與功率放大器，伺服馬達 提供解析度的光電編碼器回授信號。圖1.一個傳統伺服機構系統的組成 圖2.現代伺服機構系統的組成 多軸運動控制系統 精密伺服系統多應用於多軸運動控制系統，如工業機 器人、工具機、電子零件組裝系統、PCB自動差建機等等。圖3所示是一個運動控制平臺的方塊圖，工作物件的位置控 制可藉由平臺的移動來達成，平臺位置的偵測有兩種方式，一種是藉由伺服馬達本身所安裝的光電編碼器，由於是以 間接的方式回授工作物件的位置，再藉由閉回路控制達到 位置控制的目的，因此也稱之為間接位置控制(indirect position control)。另一種方式是直接將位置感測元件安裝 在平臺上，如光學尺、雷射位置感測計等等，直接回授工 作物件的位置，再藉由閉回路控制達到位置控制的目的，稱之為直接位置控制(direct position control)。一個多軸運動控制系統由高階的運動控制器(motion controller)與低階的伺服驅動器(servo drive)所組成，運動 控制器負責運動控制命令解碼、各個位置控制軸彼此間的相對 運動、加減速輪廓控制等等，其主要關鍵在於降低整體系統運 動控制的路徑誤差；伺服驅動器負責伺服馬達的位置控制，主 要關鍵在於降低伺服軸的追隨誤差。圖5所示是一個雙軸運動 控制系統的簡化控制方塊圖，在一般的情況下x-軸與y-軸的動 態響應特性會有相當大的差異，在高速輪廓控制時(contouring control)，會造成顯著的誤差，因此必須設計一 個運動控制器以整體考量的觀點解決此一問題。圖3.雙軸運動控制系統 圖4.雙軸運動控制系統的簡化控制方塊圖 圖5.網路控制分散式伺服系統 圖6.伺服系統的整合 圖7.伺服系統的階層式控制架構 圖8.伺服系統的環狀多回路控制架構 圖9.現代伺服系統的階層式控制介面 圖10.直流伺服驅動器的系統方塊圖 圖11.交流伺服驅動器的系統架構圖 圖12.泛用型伺服驅動器的系統架構圖 圖13.一個典型閉回路控制系統的方塊圖 圖14.伺服系統的環狀多回路控制架構 圖15.一個典型的多回路直流伺服系統控制方塊圖 圖16.實用的工業數位伺服控制法則 圖17.伺服馬達驅動系統的自調控制架構 圖18.數位馬達控制技術的演進 圖19.以DSP為核心的伺服系統解決方案 圖20.DSP數位伺服驅動器的硬體電路圖(TI Application Note)The Resolver ?6?1 The resolver is essentially a rotating transformer ?6?1 Very rugged deviceMotor FB Velocity Feedback The Position Servo Compensator Commanded Position Drive Actual Position Position Error ++Pcomp Vcomp Icomp Actual Velocity Current Command To Inner Loop Vder* Actual Current + Motor FB +Pderived Controller Drive Current Limit Velocity Command Position Feedback +Pcomp Vff + Motor FB ++ Pderived Controller Drive Velocity Command Position Feedback Velocity Feedforward Lexium 24V Fuses Contactor Choke Motor Brake Motor Connection Brake Timing Enable Input Speed Brake Output Enable Power Section Emergency StopThe Golden Rules ?6?1 Command the System to Do Only What it is Capable of – If the motor and drive is incorrectly sized for the desired motion profile no amount of tuning will yield the desired results ?6?1 Tune Inside Out – It is essential to tune the inner loops first.A common mistake is to have a low bandwidth, poorly tuned velocity loop then try to tune the position loop.The position loop can never be properly tuned because of the phase shift in the inner loop ?6?1 Proper Grounding and Shielding – Great care must be taken in following the grounding and shielding procedures in the installation manual.If there is excessive system noise the system must be detuned(low bandwidth)so that it is not excited by high frequency noise ?6?1 Robust Mechanical Design – Ensure that there is minimum flexibility in the mechanical system and that couplings are tight.Without a good mechanical design, resonances will be introduced which again force system detuning Velocity Control Architecture + +Pderived Position Feedback Proportional Plus Integral Velocity Loop Position Control Architecture +P P+I Vderivedstep change in velocity ?6?1 Constant speed ?6?1 Constant torque ?6?1 Constant current The Current Loop ?6?1 The current loop is configured automatically when the motor is selected.It is usually not necessary to modify parameters.Optimizing Velocity Loop Step Response ?6?1 Proportional Gain – Higher proportional gain results in faster rise time but more overshoot and ringing.The optimum response is a small amount of overshoot with minimal ringing ?6?1 Integral Gain – Higher integral gain improves immunity to disturbances but increases ringing.In a high friction system the integral gain can be increased more significantly Time Velocity The Position Loop ?6?1 The integral term moves from the velocity loop to the position loop.It should normally be increased 2-3 times the value from the optimized speed loop.A higher integral gain reduces following error but increases ringing ?6?1 The proportional gain may require no adjustment.A higher gain reduces following error bu increases ringing ?6?1 Following error is significantly reduced by Vff which normally requires no adjustment from the default 第二部分：伺服電機的工作原理 無刷永磁電機原理圖 Rotor Magnets 3 Phase Stator Windings Phase A Phase B Phase C Motor Inertia m F Force = mass x linear acceleration J T Torque = inertia x angular acceleration Step 2 Step 3 Step 4 Step 1 步進電機原理圖 Servo/Stepper Comparison Feature Servo Stepper Torque/Speed Excellent Limited Efficiency High Low Position Information Yes Possible Lost Steps Ease of Use Requires Tuning Very Simple Settling Time Excellent Poor to Fair Cost Higher Lower Position Resolution High Limited Resonances Low High Velocity Ripple Excellent Poor Runaway Take Precautions Inherently Safe DC Permanent Magnet Motor-Theory of Operation N S + _ Magnetic Field Around Rotor Coil Permanent Magnet Stator Brush Commutator Rotor Coils Multiple Poles and Coils S N S N S N Feedback Devices Explain the feedback concepts of resolution, accuracy and repeatability Discuss resolvers and encoders and how they work Compare feedback options and review relative benefits Resolution Higher Resolution Lower Resolution Accuracy Higher Accuracy Lower Accuracy ?6?1 Accuracy defines how close each measured position is to the actual physical position ?6?1 The higher accuracy example has a tighter tolerance for the placement of each increment Repeatability High Repeatability ?6?1 In the example above, the accuracy is poor but the repeatability is good Incremental, Absolute and Multiturn Position Change Actual Position Within Revolution Incremental Absolute Multiturn Actual Position Over Multiple Revolutions The Incremental Encoder Sensor 1 Sensor 2 Moving Disk Light Source Sensor 1 Sensor 2 ?6?1 The encoder uses optical scanning of a fine grating in the form of a moving disc ?6?1 The incremental encoder can only measure position changes ?6?1 Digital pulse ouputs are typically provided which can be counted by the controller ?6?1 A third sensor is often used to generate a marker pulse at a specific position within a revolution The Absolute Encoder ?6?1 The absolute encoder has multiple disks which completely define position within a revolution ?6?1 With mechanical gearing of the disk to another moving disk it is possible to define position over multiple revolutions ?6?1 The encoder interface to the is typically Endat/Hyperface or SSI 總結 ?6?1 交流伺服電機通常都是單相異步電動機，有鼠籠形轉子和杯形轉子兩種結構 ?6?1 形式。與普通電機一樣，交流伺服電機也由定子和轉子構成。定子上有兩個 ?6?1 繞組，即勵磁繞組和控制繞組，兩個繞組在空間相差90°電角度。固定和保 ?6?1 護定子的機座一般用硬鋁或不銹鋼制成。籠型轉子交流伺服電機的轉子和普 ?6?1 通三相籠式電機相同。杯形轉子交流伺服電機的結構如圖3-12由外定子4，杯 ?6?1 形轉子3和內定子5三部分組成。它的外定子和籠型轉子交流伺服電機相同，?6?1 轉子則由非磁性導電材料（如銅或鋁）制成空心杯形狀，杯子底部固定在轉 ?6?1 軸7上。空心杯的壁很薄（小于0.5mm），因此轉動慣量很小。內定子由硅鋼 ?6?1 片疊壓而成，固定在一個端蓋1、8上，內定子上沒有繞組，僅作磁路用。電 ?6?1 機工作時，內、外定子都不動，只有杯形轉子在內、外定子之間的氣隙中轉 ?6?1 動。對于輸出功率較小的交流伺服電機，常將勵磁繞組和控制繞組分別安放 ?6?1 在內、外定子鐵心的槽內。交流伺服電機的工作原理和單相感應電動機 ?6?1 無本質上的差異。但是，交流伺服電機必須具備一個性能，就是能克服交流 ?6?1 伺服電機的所謂“自轉”現象，即無控制信號時，它不應轉動，特別是當它 ?6?1 已在轉動時，如果控制信號消失，它應能立即停止轉動。而普通的感應電動 ?6?1 機轉動起來以后，如控制信號消失，往往仍在繼續轉動。?6?1 當電機原來處于靜止狀態時，如控制繞組不加控制電壓，此時只有勵磁繞組 ?6?1 通電產生脈動磁場。可以把脈動磁場看成兩個圓形旋轉磁場。這兩個圓形旋 ?6?1 轉磁場以同樣的大小和轉速，向相反方向旋轉，所建立的正、反轉旋轉磁場 ?6?1 分別切割籠型繞組（或杯形壁）并感應出大小相同，相位相反的電動勢和電 ?6?1 流（或渦流），這些電流分別與各自的磁場作用產生的力矩也大小相等、方 ?6?1 向相反，合成力矩為零，伺服電機轉子轉不起來。一旦控制系統有偏差信 ?6?1 號，控制繞組就要接受與之相對應的控制電壓。在一般情況下，電機內部產 ?6?1 生的磁場是橢圓形旋轉磁場。一個橢圓形旋轉磁場可以看成是由兩個圓形旋 ?6?1 轉磁場合成起來的。這兩個圓形旋轉磁場幅值不等（與原橢圓旋轉磁場轉向 ?6?1 相同的正轉磁場大，與原轉向相反的反轉磁場小），但以相同的速度，向相反的方向 ?6?1 旋轉。它們切割轉子繞組感應的電勢和電流以及產生的電磁力矩也方向相反、大小不 ?6?1 等（正轉者大，反轉者小）合成力矩不為零，所以伺服電機就朝著正轉磁場的方向轉 ?6?1 動起來，隨著信號的增強，磁場接近圓形，此時正轉磁場及其力矩增大，反轉磁場及 ?6?1 其力矩減小，合成力矩變大，如負載力矩不變，轉子的速度就增加。如果改變控制電 ?6?1 壓的相位，即移相180o，旋轉磁場的轉向相反，因而產生的合成力矩方向也相反，伺 ?6?1 服電機將反轉。若控制信號消失，只有勵磁繞組通入電流，伺服電機產生的磁場將是 ?6?1 脈動磁場，轉子很快地停下來。?6?1 為使交流伺服電機具有控制信號消失，立即停止轉動的功能，把它的轉子電 ?6?1 阻做得特別大，使它的臨界轉差率Sk大于1。在電機運行過程中，如果控制 ?6?1 信號降為“零”，勵磁電流仍然存在，氣隙中產生一個脈動磁場，此脈動磁 場可 ?6?1 視為正向旋轉磁場和反向旋轉磁場的合成。圖3-13畫出正向及反向旋轉磁場 ?6?1 切割轉子導體后產生的力矩一轉速特性曲線1、2，以及它們的合成特性曲線 ?6?1 3。圖3-13b中，假設電動機原來在單一正向旋轉磁場的帶動下運行于A點，?6?1 此時負載力矩是。一旦控制信號消失，氣隙磁場轉化為脈動磁場，它可視為 ?6?1 正向旋轉磁場和反向旋轉磁場的合成，電機即按合成特性曲線3運行。由于轉 ?6?1 子的慣性，運行點由A點移到B點，此時電動機產生了一個與轉子原來轉動方 ?6?1 向相反的制動力矩。在負載力矩和制動力矩的作用下使轉子迅速停止。?6?1 必須指出，普通的兩相和三相異步電動機正常情況下都是在對稱狀態 下工作，不對稱運行屬于故障狀態。而交流伺服電機則可以靠不同程 度的不對稱運行來達到控制目的。這是交流伺服電機在運行上與普通 異步電動機的根本區別。

第五篇：掃地機工作原理

掃地機器人工作原理：

1.通過電動機的高速旋轉，在主機內形成真空，利用由此產生的高速氣流，從吸入口吸進垃圾。這時氣流的速度高達時速240轉，虱子等害蟲在進入主機之內，便因高速碰撞吸塵管內壁而死掉。

2.吸入掃地機的垃圾，被積蓄在布袋機，被過濾網凈化過的空氣，則邊冷卻電動機，邊被排出掃地機。

3.電動機是掃地機的心臟，其性能的好壞，可直接影響掃地機的可靠性。另外，掃地機所使用的電動機，每分鐘旋轉2萬轉～4萬轉。而如電扇的電動機，其轉速為每分鐘約1800～3600轉，由此可知掃地機電動機轉速是多么高。

4.正確表示掃地機性能的單位，不是輸入功率（瓦數、或安培數），而是輸出功率（吸入功率）。

5.“吸入力”取決于所產生的風力和真空力的合力，但這兩個因素卻具有相反的特性。也就是說，風力大時真空力變弱，真空力強時則風力變小。這兩者的合力的最大值，即表示該掃地機能力的“吸入功率”，吸入功率用瓦（W）表示。這一定義，是國際標準組織（ISO）規定的表示掃地機性能的國際標準，在世界范圍內得以承認。目前，日本、德國等將其作為表示掃地機性能的單位而使用這一單位，但在其它地區，則直接將輸入功率的大小，誤解為表示掃地機性能的單位。

關天排氣過濾網

1.為了不使吸入掃地機的微小的灰塵泄漏到外邊，掃地機里裝有種種過濾網。例如：松下電器的掃地機里，至少裝有2-3個過濾網，另外，布袋或者紙袋，也起著過濾網的作用。這些過濾網，可防止極為微小的灰塵損傷電動機，同時還可起到防止弄臟室內空氣的作用。

2.長期使用掃地機時，會因過濾網網眼的堵塞而致使吸力下降。為了防止吸力下降，應定期用水清洗過濾網以及布袋，洗后在陰涼處晾干再使用，即可恢復吸力。

掃地機器人的基本配線

1.高速運轉的掃地機電動機一般使用1000瓦以下的電力，故其所產生的熱量與電熱取暖爐相當。

2.一般的掃地機中，均裝有電流保險絲和“熱保護器”，故即使出現電動機過熱，也可及時監測出溫度上升，暫時性切斷通往電動機的電流，防患于未然。還裝有“氣流保護器”，在吸嘴等阻塞、空氣停止流動時動作，打開緊急空氣吸入口，利用外部涼氣來抑制主機的過熱。