一種硬杆控制系統的製作方法
2023-04-28 05:51:21
一種硬杆控制系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種硬杆控制系統，它解決經緯儀硬杆半自動跟蹤問題，本實用新型包括與硬杆依次連接的硬杆調節器和速度調節器，速度調節器與被控儀器連接，硬杆調節器包括電橋電路、第一支路和第二支路，第一支路和第二支路均包括依次連接的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調整電路、增益調節及特性調節電路以及限幅放大電路，該硬杆控制系統控制方法簡單、操作方便，具有搖動手柄方向任意、溫度自補償、防電磁幹擾的功能，具有高靈敏度、高回位精度、成本低廉。
【專利說明】一種硬杆控制系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於機電一體化的伺服控制系統領域，具體涉及一種硬杆控制系統。【背景技術】
[0002]硬杆控制系統廣泛應用於經緯儀的遠程或超遠程控制之中，實現經緯儀對目標的半自動跟蹤、定向、捕獲功能。硬杆的執行機構(即手柄，或者操縱杆)，分為硬杆和軟杆，而硬杆具有較好的回位精度和抗振性能；扳動硬杆手柄，離開中心位置的偏移矢量，反映了電機的旋轉方向和大小，扳動硬杆手柄的速度，反映了電機的旋轉速度。偏移量的測量常用的有紅外光學傳感器、霍爾式傳感器、力敏傳感器，力敏傳感器具有成本低廉、精度損失小、抗幹擾能力強的特點；傳感器將感知的電壓信號，經過硬杆調節器、伺服控制器處理後，控制經緯儀完成目標精確跟蹤、定位、快速捕獲功能。
[0003]現有的硬杆控制系統，具有互換性差；信號隨溫度變化，需要單片機校正非線性輸出；易受電磁場幹擾的缺點。
【發明內容】
[0004]本實用新型為解決經緯儀的人機智能遠程控制問題，提供一套硬杆控制系統。
[0005]本實用新型的技術解決方案是:
[0006]一種硬杆控制系統，包括與硬杆依次連接的硬杆調節器和速度調節器，速度調節器與被控儀器連接，其特殊之處在於:硬杆調節器包括電橋電路、第一支路和第二支路，第一支路和第二支路均包括依次連接的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調整電路、增益調節及特性調節電路以及限幅放大電路，電橋電路輸出信號La和Le，信號La依次通過第一支路的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調整電路、增益調節及特性調節電路、限幅放大電路與速度調節器連接，信號Le通過第二支路的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調整電路、增益調節及特性調節電路、限幅放大電路與速度調節器連接。
[0007]上述電橋電路包括應變片RD1、應變片RD2、應變片RD3、應變片RD4、應變片RB 1、應變片RB2以及分壓電阻；應變片RD1、應變片RD2、應變片RD3以及應變片RD4分別設置在硬杆的前後左右四個方位;應變片RDl以及應變片RD2串聯成第一支路，應變片RBl以及應變片RB2串聯成第二支路，應變片RD3以及應變片RD4串聯成第三支路，第一支路、第二支路和第三支路並聯，應變片RDl和應變片RD2的共同連接端輸出信號La給第一支路的微弱信號的差分放大和平衡電路；應變片RD3和應變片RD4的共同連接端輸出信號Le給第二支路的微弱信號的差分放大和平衡電路；第一支路和第二支路並聯的一個端點通過分壓電阻接電源，第一支路和第二支路並聯的另一個端點接地。
[0008]上述微弱信號的差分放大和平衡電路包括運算放大器U1、運算放大器U2、運算放大器U5、電阻R11、電阻R15、電阻R12、電阻R17、電位器P1、二極體Dl和二極體D2 ;運算放大器U2的輸出端接入運算放大器U2的負輸入端，運算放大器U2的輸出端依次通過電阻R12和電阻R17接地；運算放大器Ul的輸出端接入運算放大器Ul的負輸入端，運算放大器Ul的輸出端通過電阻Rll接入運算放大器U5的負輸入端，應變片RBl和應變片RB2的共同連接端接入運算放大器U2的正輸入端，應變片RDl和應變片RD2的共同連接端輸出信號La連接第一支路中運算放大器Ul的正輸入端；應變片RD3和應變片RD4的共同連接端輸出信號Le給第二支路中運算放大器Ul的正輸入端；二極體Dl和二極體D2並聯後接在運算放大器U5的正輸入端和負輸入端之間；二極體Dl的正負極連接方向與二極體D2的正負極連接方向相反；運算放大器U5的負輸入端還接在電阻R12和電阻R17之間，運算放大器U5的輸出端依次通過電位器Pl和電阻R15接入運算放大器U5的負輸入端。
[0009]上述低通濾波電路包括電阻R19、電阻R22以及電容Cl ;電阻R19和電阻R22串聯後接在差分放大和平衡電路的輸出端和零點漂移的調整電路的輸入端之間，電阻R19和電阻R22的共同連接端通過電容Cl接地。
[0010]上述零點漂移的調整電路包括運算放大器U7、電阻R23、電阻R24、電阻R25、電阻R26、電阻R27、電阻R32、電位器P3、電位器P4、二極體D5以及二極體D6 ;二極體D5、二極體D6反向並聯後跨接在運算放大器U7的正負輸入端之間；運算放大器U7正輸入端通過電阻R23接地；電位器P3的中心觸頭和電阻R26串聯後接入運算放大器U7的負輸入端；電位器P4 一個固定端與電阻R24串聯後接正電源，電位器P4另一個固定端與電阻R25串聯後接負電源，電位器P4的中心觸頭和電阻R27串聯後接入運算放大器U7的負輸入端；電阻R32跨接在運算放大器U7的負輸入端和運算放大器U7的輸出端之間，低通濾波電路的輸出端連接運算放大器U7的負輸入端。
[0011]上述增益調節及特性調節電路包括運算放大器U9、串接電阻R35、電阻R37、電阻R38、電阻R39、電阻R40、電阻R41、電阻R48、電位器S3、電位器P8、二極體D9、二極體D10、二極體D11、二極體D12以及電容C3 ;零點漂移調整電路的輸出通過串接電阻R35接入運算放大器U9正輸入端，運算放大器U9正輸入端通過電位器S3接地；運算放大器U9負輸入端連接電位器P8的中心觸頭；運算放大器U9的輸出端通過由電阻R48和電容C3並聯組成的RC電路後接入限幅放大電路的輸入端，運算放大器U9的輸出端還依次通過電阻R37和電阻R38接地；運算放大器U9的輸出端還依次通過電阻R39、電阻R40、二極體DlO接地，二極體DlO的兩端並聯有二極體D9，二極體D9與二極體DlO正負極方向相反，二極體Dll與二極體D12反向並聯又與電阻R41串聯後接在電阻R40的兩端，電位器P8的一個固定端與電阻R37和電阻R38的共同接點連接，電位器P8的另一個固定端與電阻R39和電阻R40的共同接點連接。
[0012]上述限幅放大電路包括運算放大器U11，串聯電阻R49、電阻R51、電阻R52、電阻R53、電阻R57、電阻R59、穩壓管Z1、穩壓管Z2，二極體D19、二極體D20、電容C5以及電容C6 ;增益調節及特性電路的輸出端通過串聯電阻R49接入運算放大器Ull的負輸入端，運算放大器Ull的正輸入端通過電阻R51接地；串聯後的電阻R52、電阻R53與串聯後的穩壓管Z1、穩壓管Z2並聯後跨接在運算放大器Ull的負輸入端和運算放大器Ull的輸出端之間；運算放大器Ull的輸出端依次通過電阻R57和電容C5後接地，電阻R57和電容C5共同端連接二極體D19的正極，二極體D19的負極接入速度調節器，二極體D19的兩端還並聯有二極體D20，二極體D19和二極體D20連接方向相反，二極體D19的負極通過電容C6接地，二極體D19的負極通過電阻R59接地。[0013]本實用新型的優點是:
[0014]I)採用應變片純電路網絡，控制方法簡單、操作方便，具有搖動手柄方向任意、溫度自補償、防電磁幹擾的功能，具有高靈敏度、高回位精度、成本低廉、人機性能友好特點的多軸自復位的精密硬杆控制系統。本實用新型不僅適用於經緯儀伺服控制系統人機智能遠程控制，也可應用於其他工程機械、自動化設備的精密控制中；
[0015]2)本實用新型具有溫度自補償功能，信號不受環境溫度影響；
[0016]3)本實用新型具有零點漂移的調整功能,硬杆回位精度聞；
[0017]4)本實用新型具有粗調和精調功能，硬杆靈敏度聞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型原理圖；
[0019]圖2為硬杆調節器的原理圖；
[0020]圖3為電橋電路連接圖；
[0021]圖4為微弱信號的差分放大和平衡電路連接圖；
[0022]圖5為低通濾波電路連接圖；
[0023]圖6為零點漂移的調整電路連接圖；
[0024]圖7為增益調節及特性調節電路連接圖；
[0025]圖8為限幅放大電路連接圖。
[0026]1-硬杆；2_硬杆調節器；21_電橋電路；22_微弱信號的差分放大和平衡電路；23-低通濾波電路；24_零點漂移的調整電路；25_增益調節及特性調節電路；26_限幅放大電路；3_速度調節器；4_被控儀器。
【具體實施方式】
[0027]如圖1，本實用新型的原理是:將水平方向應變片和垂直方向應變片輸出的模擬電壓信號La和Le送入硬杆調節器，將應變電阻的微小變化量經過變換電路轉換成_10V?+IOV的電壓變化量Ua和Ue，Ua和Ue送入速度調節器，經過速度反饋環路將應變電壓變化量Ua和Ue轉變成靈敏度高的經緯儀的方位伺服電機和俯仰伺服電機的電壓控制信號Va和Ve ;信號Va和Ve通過電纜輸出和經緯儀的電機相連；從而實現經緯儀的人機智能遠程控制。
[0028]該硬杆控制系統，由純硬體電路組成，包括與硬杆依次連接的硬杆調節器和速度調節器，速度調節器與被控儀器連接。
[0029]硬杆調節器是該控制系統的核心部分，硬杆調節器主要為速度調節器提供輸入控制信號，使轉臺在半自動工作方式下按照硬杆調節網絡的輸出信號產生相應的轉速，完成對目標的跟蹤。如圖2，硬杆調節器包括電橋電路、第一支路和第二支路，第一支路和第二支路均包括依次連接的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調整電路、增益調節及特性調節電路、限幅放大電路，電橋電路輸出信號La和Le，信號La依次通過第一支路的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調整電路、增益調節及特性調節電路、限幅放大電路與速度調節器連接，信號Le通過第二支路的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調整電路、增益調節及特性調節電路、限幅放大電路與速度調節器連接。
[0030]下面對硬杆調節器的各部分電路進行詳述。
[0031]電橋電路，利用電橋原理，將應變電阻的微小變化量經變換電路轉換成-1OV~+IOV的電壓變化量，這樣操作手就可以通過改變施加給硬杆的左右、前後外力的大小來控制經緯儀方位、俯仰方向的轉速，從而實現半自動跟蹤。
[0032]本實用新型的電橋電路，帶有溫度補償功能。由於應變電阻的變化量非常小，因此必須選用反應靈敏的電橋電路來感知此微弱變化。RB1、RB2固定在線路板上，其阻值不變，而RD1、RD2則對稱貼在硬杆下端的左右兩邊，RD3、RD4對稱貼在硬杆下端的前後兩邊，當杆件發生變形時，RDl、RD2同時感受這種變化，假定變化量為δ，則有RDl變為RD1+S，RD2變為 RD2- δ，但 RB1、RB2 不變，RD1=RD2=RB1=RB2=120 Ω。於是:
[0033]
【權利要求】
1.一種硬杆控制系統，包括與硬杆依次連接的硬杆調節器和速度調節器，速度調節器與被控儀器連接，其特徵在於:硬杆調節器包括電橋電路、第一支路和第二支路，第一支路和第二支路均包括依次連接的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調整電路、增益調節及特性調節電路以及限幅放大電路，電橋電路輸出信號La和Le，信號La依次通過第一支路的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調整電路、增益調節及特性調節電路、限幅放大電路與速度調節器連接，信號Le通過第二支路的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調整電路、增益調節及特性調節電路、限幅放大電路與速度調節器連接。
2.根據權利要求1所述的硬杆控制系統，其特徵在於:電橋電路包括應變片RD1、應變片RD2、應變片RD3、應變片RD4、應變片RBl、應變片RB2以及分壓電阻;應變片RDl、應變片RD2、應變片RD3以及應變片RD4分別設置在硬杆的前後左右四個方位；應變片RDl以及應變片RD2串聯成第一支路，應變片RBl以及應變片RB2串聯成第二支路，應變片RD3以及應變片RD4串聯成第三支路，第一支路、第二支路和第三支路並聯，應變片RDl和應變片RD2的共同連接端輸出信號La給第一支路的微弱信號的差分放大和平衡電路；應變片RD3和應變片RD4的共同連接端輸出信號Le給第二支路的微弱信號的差分放大和平衡電路；第一支路和第二支路並聯的一個端點通過分壓電阻接電源，第一支路和第二支路並聯的另一個端點接地。
3.根據權利要求2所述的硬杆控制系統，其特徵在於:所述微弱信號的差分放大和平衡電路包括運算放大器U1、運算放大器U2、運算放大器U5、電阻R11、電阻R15、電阻R12、電阻R17、電位器P1、二極體Dl和二極體D2 ;運算放大器U2的輸出端接入運算放大器U2的負輸入端，運算放大器U2的輸出端依次通過電阻R12和電阻R17接地；運算放大器Ul的輸出端接入運算放大器Ul的負輸入端，運算放大器Ul的輸出端通過電阻Rll接入運算放大器U5的負輸入端，應變片RBl和應變片RB2的共同連接端接入運算放大器U2的正輸入端，應變片RDl和應變片RD2的共同連接端輸出信號La連接第一支路中運算放大器Ul的正輸入端；應變片RD3和應變片RD·4的共同連接端輸出信號Le給第二支路中運算放大器Ul的正輸入端；二極體Dl和二極體D2並聯後接在運算放大器U5的正輸入端和負輸入端之間；二極體Dl的正負極連接方向與二極體D2的正負極連接方向相反；運算放大器U5的負輸入端還接在電阻R12和電阻R17之間，運算放大器U5的輸出端依次通過電位器Pl和電阻R15接入運算放大器U5的負輸入端。
4.根據權利要求3所述的硬杆控制系統，其特徵在於:低通濾波電路包括電阻R19、電阻R22以及電容Cl ;電阻R19和電阻R22串聯後接在差分放大和平衡電路的輸出端和零點漂移的調整電路的輸入端之間，電阻R19和電阻R22的共同連接端通過電容Cl接地。
5.根據權利要求4所述的硬杆控制系統，其特徵在於:零點漂移的調整電路包括運算放大器U7、電阻R23、電阻R24、電阻R25、電阻R26、電阻R27、電阻R32、電位器P3、電位器P4、二極體D5以及二極體D6 ;二極體D5、二極體D6反向並聯後跨接在運算放大器U7的正負輸入端之間；運算放大器U7正輸入端通過電阻R23接地；電位器P3的中心觸頭和電阻R26串聯後接入運算放大器U7的負輸入端；電位器P4 —個固定端與電阻R24串聯後接正電源，電位器P4另一個固定端與電阻R25串聯後接負電源，電位器P4的中心觸頭和電阻R27串聯後接入運算放大器U7的負輸入端；電阻R32跨接在運算放大器U7的負輸入端和運算放大器U7的輸出端之間，低通濾波電路的輸出端連接運算放大器U7的負輸入端。
6.根據權利要求5所述的硬杆控制系統，其特徵在於:增益調節及特性調節電路包括運算放大器U9、串接電阻R35、電阻R37、電阻R38、電阻R39、電阻R40、電阻R41、電阻R48、電位器S3、電位器P8、二極體D9、二極體D10、二極體D11、二極體D12以及電容C3 ;零點漂移調整電路的輸出通過串接電阻R35接入運算放大器U9正輸入端，運算放大器U9正輸入端通過電位器S3接地；運算放大器U9負輸入端連接電位器P8的中心觸頭；運算放大器U9的輸出端通過由電阻R48和電容C3並聯組成的RC電路後接入限幅放大電路的輸入端，運算放大器U9的輸出端還依次通過電阻R37和電阻R38接地；運算放大器U9的輸出端還依次通過電阻R39、電阻R40、二極體DlO接地，二極體DlO的兩端並聯有二極體D9，二極體D9與二極體DlO正負極方向相反，二極體Dll與二極體D12反向並聯又與電阻R41串聯後接在電阻R40的兩端，電位器P8的一個固定端與電阻R37和電阻R38的共同接點連接，電位器P8的另一個固定端與電阻R39和電阻R40的共同接點連接。
7.根據權利要求6所述的硬杆控制系統，其特徵在於:限幅放大電路包括運算放大器U11，串聯電阻R49、電阻R51、電阻R52、電阻R53、電阻R57、電阻R59、穩壓管Z1、穩壓管12,二極體D19、二極體D20、電容C5以及電容C6 ;增益調節及特性電路的輸出端通過串聯電阻R49接入運算放大器Ull的負輸入端，運算放大器Ull的正輸入端通過電阻R51接地；串聯後的電阻R52、電阻R53與串聯後的穩壓管Z1、穩壓管Z2並聯後跨接在運算放大器Ull的負輸入端和運算放大器Ull的輸出端之間；運算放大器Ull的輸出端依次通過電阻R57和電容C5後接地，電阻R57和電容C5共同端連接二極體D19的正極，二極體D19的負極接入速度調節器，二極體D19的兩端還並聯有二極體D20，二極體D19和二極體D20連接方向相反，二極體D19的負極通過電容C6接地，二`極管D19的負極通過電阻R59接地。
【文檔編號】G01C1/02GK203502752SQ201320621474
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】王鮮紅, 馬彩文, 梁雁冰, 李豔 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所