雙自由度陀螺穩定控制裝置的製作方法

2024-03-20 02:47:05

專利名稱：雙自由度陀螺穩定控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於陀螺穩定控制系統領域，具體地講是一種雙自由度速率陀螺穩定控制裝置。
在陀螺穩定控制領域中，以往有用速率陀螺作穩定裝置的敏感元件，穩定電機為穩定裝置的執行元件構成的陀螺穩定裝置，但這種裝置的誤差太大，因此速率陀螺不能像積分陀螺那樣構成穩定裝置。欲使速率陀螺穩定裝置能夠實用，必須對系統進行積分校正併合理選擇系統參數。因此，現有的陀螺穩定控制裝置常以角位置陀螺或把撓性陀螺等效成為角位置陀螺作為敏感元件構成系統。例如，瞄準線穩定系統、航向-姿態測量及慣性導航系統和自動導引頭系統都採用這種方案。但由於這種系統中的角位置陀螺輸出角位置範圍非常之小，這給控制和使用帶來了很大的局限性。
本實用新型的目的是利用速率陀螺作為速度反饋元件並與高性能單片機相結合，利用數字控制技術，設計出一種雙自由度速率陀螺穩定控制裝置。克服位置陀螺控制範圍很小的缺點。
下面配合附圖描述這種雙自由度速率穩定控制裝置的結構和聯接關係。
雙自由度陀螺穩定控制裝置，包括1．比較器、2．接口晶片、3．16位高性能單片機、4．PWM發生器、5．功率放大器、6．直流力矩電機(包括方位電機6-1，俯仰電機6-2)、7．平臺臺體、8．速率陀螺，各部件的位置及聯連關係比較器1包含在核心控制器單片機3之中，數據總線上連接有將模擬量轉換成數字量的A/D轉換器、即接口晶片2，PWM發生器4包含在單片機3中，單片機3的輸出端接有功率放大器5，放大器5的輸出端接有方位電機6-1和俯仰電機6-2，電機直接驅動平臺臺體7，臺體7上的雙自由度速率陀螺8的輸出端，接在A/D轉換器2上，再送到單片機3。
本裝置的工作原理可簡單敘述如下控制裝置的方位給定和俯仰給定信號由外界送來，由接口晶片(2)接收並送入單片機(3)，速率陀螺(8)測得的方位速率、俯仰速率通接接口晶片(2)同時送至單片機(3)中，單片機(3)完成以上信息的接收，然後由比較器(1)計算給定信號與速度反饋信號的偏差，並由單片機(3)進行校正放大。校正放大的結果送給PWM發生器(4)，產生方位、俯仰兩路調寬波，送給功率放大器(5)，功率放大器(5)推動方位、俯仰電機(6)帶動平臺臺體(7)轉動。如果方位、俯仰給定值為零，平臺應穩定指向一個固定方向。如果這時有一個擾動力矩加進來，這時陀螺(8)敏感到平臺(7)的速度，則速度出現偏差，偏差通過速度調節器校正後送出調寬波使電機(6)向消除偏差方向轉動，達到平臺穩定的目的。
本設計雙自由度速率陀螺穩定控制裝置，採用了速率陀螺作為檢測元件，構成速度穩定平臺，具有結構簡單、調整方便的優點。特別是它克服了位置陀螺控制範圍很小的缺點。
由於上述特點，本裝置可應用於平臺穩定系統中，也可用於平臺上設備的跟蹤伺服控制場合。


圖1是本裝置的結構框圖；圖2是本裝置的主要電路圖，也是摘要附圖；圖3是單片機功能框圖。
圖中(1)比較環節 (2)接口晶片(A/D轉換器)(3)16位高性能單片機 (4)PWM發生器(5)功率放大器 (7)平臺臺體 (8)速率陀螺現結合一個實際應用給出實施例如下本裝置在自動導引系統中試用，各部件選用型號如下16位單片機為80C196，其工作晶振為20MHz，中斷控制信號頻率為400Hz，用於速度採樣和給定值輸入。復位信號Reset由系統本身上電時提供。其A/D轉換器為ADS7824，四路輸入，功率放大器為L298，同時完成方位、俯仰兩方向的功率放大，方位、俯仰電機均為直流力矩電機，平臺為雙櫃架式平臺，陀螺為雙自由度速率陀螺。整個裝置控制過程中運行平穩、可靠，控制簡便靈活，經檢測平臺在4S周期，3°幅值的正弦幹擾信號作用下，穩定精度小於0.2°。
權利要求1.雙自由度陀螺穩定控制裝置，用速率陀螺用敏感元件，穩定電機為執行元件構成陀螺穩定裝置，其特徵在於該裝置包括1．比較器、2．接口晶片、3．16位高性能單片機、4．PWM發生器、5．功率放大器、6．直流力矩電機(包括方位電機6-1，俯仰電機6-2)、7．平臺臺體、8．速率陀螺，各部件的位置及聯連關係比較器1包含在核心控制器單片機3之中，數據總線上連接有將模擬量轉換成數字量的A/D轉換器、即接口晶片2,PWM發生器4包含在單片機3中，單片機3的輸出端接有功率放大器5，放大器5的輸出端接有方位電機6-1和俯仰電機6-2，電機直接驅動平臺臺體7，臺體7上的雙自由度速率陀螺8的輸出端，接在A/D轉換器2上，再送到單片機3。
專利摘要雙自由度陀螺穩定控制裝置,它包括1比較器,2接口晶片,316位高性能單片機,4PWM發生器,5功率放大器,6直流力矩電機,7平臺臺體,8速率陀螺,採用了速率陀螺作為檢測元件,並與高性能單片機相結合,利用數字控制技術製造出雙自由度速率陀螺穩定控制裝置,它克服了位置陀螺控制範圍小的缺點,具有結構簡單,使用方便的優點。適用平臺穩定系統中,也可用於平臺設備的跟蹤伺服控制場合。
文檔編號G01C19/00GK2454760SQ00264768
公開日2001年10月17日 申請日期2000年12月14日 優先權日2000年12月14日
發明者高慧斌 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所