一種陀螺進動控制裝置的製作方法

2023-05-03 16:31:11

專利名稱：一種陀螺進動控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及陀螺進動控制技術，具體地說是一種陀螺進動控制的裝置，應用於頻率測量和陀螺進動控制等領域。
技術背景陀螺儀是一種能夠精確地確定運動物體的方位的儀器，它是現代航空、航海、航天和工業中廣泛使用的一種慣性導航儀器，它的發展對一個國家的工業和其它高科技的發展具有十分重要的意義。位置和頻率測量是陀螺速度穩定控制領域當中兩個輸入，這兩個輸入是進動控制的基礎。進動特性是陀螺的一個重要特性，利用該特性可以實現陀螺的定向偏轉，具體可以應用在導航等領域。在現有的系統中，通常利用慣性系作為陀螺進動的基準，當陀螺移動時會影響進動精度；採用DAC模塊生成正弦波，這樣增加了硬體成本；在進動控制中，採用算法計算進動方位和幅度與進動控制信號的幅度和相位的映射關係，佔用微控制器的資源，算法實時性差。

實用新型內容針對現有技術的不足，本實用新型提供一種陀螺進動控制的方法及裝置。本實用新型為實現上述目的所採用的技術方案是一種陀螺進動控制裝置，包括預處理電路、微控制器、低通濾波器、功率放大器和陀螺驅動；預處理電路的輸入端與傳感器連接，其輸出端與微控制器的輸入端連接；微控制器的輸入端還與上位機連接，微控制器的輸出端與低通濾波器的輸入端連接；低通濾波器的輸出端與功率放大器的輸入端連接；功率放大器的輸出端與陀螺驅動的輸入端連接，陀螺驅動的輸出端與陀螺連接。所述傳感器包括位置傳感器和轉速傳感器。本實用新型具有以下有益效果及優點I.本實用新型利用陀螺反饋信號測量陀螺轉子的位置及轉速作為陀螺進動的參考基準，提高了陀螺進動的控制精度。2.本實用新型利用脈寬調製技術生成正弦波，節約了成本，減少了電路複雜度。3.本實用新型利用線性插值技術將進動幅度和方位與進動控制信號的幅度和相位進行映射，降低了算法的複雜度。

圖I為本實用新型硬體原理示意圖；圖2為本實用新型脈寬調製生成正弦波原理示意圖；圖3為本實用新型進動幅度方位與進動控制信號映射原理示意圖；圖4為本實用新型陀螺進動控制方法流程圖。
具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。採用信號處理技術對陀螺反饋信號進行預處理，然後將預處理過的反饋信號分別處理成速度反饋和轉子反饋並輸入微處理器，通過處理和計算得當前時刻陀螺的位置和轉速，根據實時輸入的進動方向和幅度調整進動信號，然後經過功率放大器進行輸出，實現系統的進動控制。如圖I所示，陀螺反饋信號經過電壓跟隨器、放大等預處理後，輸入微處理器作為進動控制信號的參考基準，並用該信號的頻率作為進動控制信號的頻率；進動的方位及幅度信息輸入微控制器後，根據預先儲存過的信息進行插值得出進動控制信號的幅度和相位；利用脈寬調製技術將進動控制信號的頻率、幅度和相位信息通過改變脈寬調製的佔空比變成調製過的正弦波，然後經過低通濾波取出高頻成分，最後經過功放來驅動陀螺進動。微控制器採用TMS320F28335，低通濾波器採用二階巴特沃斯濾波器，功率放大器採用·0PA544。如圖2所示，利用脈寬調製模塊來生成的正弦波並非真正的正弦波，而是高頻調製的正弦波，其中正弦波的幅度決定了脈寬調製的最大佔空比，二者為線性關係，正弦波的相位須和基準信號(測量的陀螺位置信息)進行比較，並將相位差數位化，變成時間差，改時間差決定了脈寬調製模塊的50%佔空比的時刻，正弦波的頻率就是佔空比改變一個周期的頻率，這樣高頻調製的正弦波就得以生成。如圖3所示，陀螺進動的幅度和方位與陀螺進動控制信號的幅度和相位並不一致，二者有特定的複雜映射關係，在實際應用過程中，為了簡化計算過程，將某些特殊點的映射做成64X64的二維表，將進動幅度和進動方位分別在該表中搜索距離輸入信息最近的兩個點，然後利用線性插值的方法進行插值，得到進動控制信息的幅度和相位。其中，特殊點為在陀螺頂面上不同半徑的同心圓圓周與不同圓心角的交點，本實施例採用陀螺頂面圓心為圓心，陀螺頂面圓周為最大圓周，以陀螺頂面的1/3和2/3半徑畫圓，並以圓心為原點，在圓面上設定y軸和z軸，y軸為0度,取圓心角為45° ,90°…360°的半徑,上述半徑與不同半徑的圓周相交的點採取為特殊點。如圖4所示，系統上電後，首先對微控制器外圍設備及其硬軟體的參數進行初始化，然後查詢，陀螺轉子的轉動周期到來，如果沒到來，則查詢脈寬調製的間隔是否到來，如果到來，則測量陀螺轉子的轉速，接下來確定需要進動的位置(本實施例通過串口接收上位機的需要進動的位置信息)，然後把進動的位置和進動控制信息進行映射，完成進動控制信息的幅度、頻率和相位三要素了，在來查詢脈寬調製間隔是否到來，到來則輸出脈寬調製波，沒有到來則查詢陀螺轉自轉動周期是否到來。其中，脈寬調製的間隔通過定點採用得至IJ，在一個周期的正弦波內設定256個點，正弦波周期除以256即得到脈寬調製的間隔。
權利要求1.一種陀螺進動控制裝置，其特徵在於包括預處理電路、微控制器、低通濾波器、功率放大器和陀螺驅動；預處理電路的輸入端與傳感器連接，其輸出端與微控制器的輸入端連接；微控制器的輸入端還與上位機連接，微控制器的輸出端與低通濾波器的輸入端連接；低通濾波器的輸出端與功率放大器的輸入端連接；功率放大器的輸出端與陀螺驅動的輸入端連接，陀螺驅動的輸出端與陀螺連接。
2.根據權利要求I所述的一種陀螺進動控制裝置，其特徵在於 所述傳感器包括位置傳感器和轉速傳感器。
3.根據權利要求I所述的一種陀螺進動控制裝置，其特徵在於 所述微控制器採用TMS320F28335。
4.根據權利要求I所述的一種陀螺進動控制裝置，其特徵在於 所述低通濾波器採用二階巴特沃斯濾波器。
5.根據權利要求I所述的一種陀螺進動控制裝置，其特徵在於 所述功率放大器採用0PA544。
專利摘要本實用新型涉及一種陀螺進動控制裝置，包括預處理電路、微控制器、低通濾波器、功率放大器和陀螺驅動；預處理電路的輸入端與傳感器連接，其輸出端與微控制器的輸入端連接；微控制器的輸入端還與上位機連接，微控制器的輸出端與低通濾波器的輸入端連接；低通濾波器的輸出端與功率放大器的輸入端連接；功率放大器的輸出端與陀螺驅動的輸入端連接，陀螺驅動的輸出端與陀螺連接。本實用新型提高了陀螺進動的控制精度；節約了成本，減少了電路複雜度；降低了算法的複雜度。
文檔編號G01C19/02GK202794963SQ201220510510
公開日2013年3月13日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者王恩德, 佟新鑫, 朱丹, 劉曉安, 王旭, 慄蕭峰 申請人:中國科學院瀋陽自動化研究所