專利名稱：一種陀螺進(jìn)動控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及陀螺進(jìn)動控制技術(shù)，具體地說是一種陀螺進(jìn)動控制的裝置，應(yīng)用于頻率測量和陀螺進(jìn)動控制等領(lǐng)域。
技術(shù)背景陀螺儀是一種能夠精確地確定運(yùn)動物體的方位的儀器，它是現(xiàn)代航空、航海、航天和工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導(dǎo)航儀器，它的發(fā)展對一個國家的工業(yè)和其它高科技的發(fā)展具有十分重要的意義。位置和頻率測量是陀螺速度穩(wěn)定控制領(lǐng)域當(dāng)中兩個輸入，這兩個輸入是進(jìn)動控制的基礎(chǔ)。進(jìn)動特性是陀螺的一個重要特性，利用該特性可以實現(xiàn)陀螺的定向偏轉(zhuǎn)，具體可以應(yīng)用在導(dǎo)航等領(lǐng)域。在現(xiàn)有的系統(tǒng)中，通常利用慣性系作為陀螺進(jìn)動的基準(zhǔn)，當(dāng)陀螺移動時會影響進(jìn)動精度；采用DAC模塊生成正弦波，這樣增加了硬件成本；在進(jìn)動控制中，采用算法計算進(jìn)動方位和幅度與進(jìn)動控制信號的幅度和相位的映射關(guān)系，占用微控制器的資源，算法實時性差。
實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種陀螺進(jìn)動控制的方法及裝置。本實用新型為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是一種陀螺進(jìn)動控制裝置，包括預(yù)處理電路、微控制器、低通濾波器、功率放大器和陀螺驅(qū)動；預(yù)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(jī)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(qū)動的輸入端連接，陀螺驅(qū)動的輸出端與陀螺連接。所述傳感器包括位置傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器。本實用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)I.本實用新型利用陀螺反饋信號測量陀螺轉(zhuǎn)子的位置及轉(zhuǎn)速作為陀螺進(jìn)動的參考基準(zhǔn)，提高了陀螺進(jìn)動的控制精度。2.本實用新型利用脈寬調(diào)制技術(shù)生成正弦波，節(jié)約了成本，減少了電路復(fù)雜度。3.本實用新型利用線性插值技術(shù)將進(jìn)動幅度和方位與進(jìn)動控制信號的幅度和相位進(jìn)行映射，降低了算法的復(fù)雜度。
圖I為本實用新型硬件原理示意圖；圖2為本實用新型脈寬調(diào)制生成正弦波原理示意圖；圖3為本實用新型進(jìn)動幅度方位與進(jìn)動控制信號映射原理示意圖；圖4為本實用新型陀螺進(jìn)動控制方法流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。采用信號處理技術(shù)對陀螺反饋信號進(jìn)行預(yù)處理，然后將預(yù)處理過的反饋信號分別處理成速度反饋和轉(zhuǎn)子反饋并輸入微處理器，通過處理和計算得當(dāng)前時刻陀螺的位置和轉(zhuǎn)速，根據(jù)實時輸入的進(jìn)動方向和幅度調(diào)整進(jìn)動信號，然后經(jīng)過功率放大器進(jìn)行輸出，實現(xiàn)系統(tǒng)的進(jìn)動控制。如圖I所示，陀螺反饋信號經(jīng)過電壓跟隨器、放大等預(yù)處理后，輸入微處理器作為進(jìn)動控制信號的參考基準(zhǔn)，并用該信號的頻率作為進(jìn)動控制信號的頻率；進(jìn)動的方位及幅度信息輸入微控制器后，根據(jù)預(yù)先儲存過的信息進(jìn)行插值得出進(jìn)動控制信號的幅度和相位；利用脈寬調(diào)制技術(shù)將進(jìn)動控制信號的頻率、幅度和相位信息通過改變脈寬調(diào)制的占空比變成調(diào)制過的正弦波，然后經(jīng)過低通濾波取出高頻成分，最后經(jīng)過功放來驅(qū)動陀螺進(jìn)動。微控制器采用TMS320F28335，低通濾波器采用二階巴特沃斯濾波器，功率放大器采用·0PA544。如圖2所示，利用脈寬調(diào)制模塊來生成的正弦波并非真正的正弦波，而是高頻調(diào)制的正弦波，其中正弦波的幅度決定了脈寬調(diào)制的最大占空比，二者為線性關(guān)系，正弦波的相位須和基準(zhǔn)信號(測量的陀螺位置信息)進(jìn)行比較，并將相位差數(shù)字化，變成時間差，改時間差決定了脈寬調(diào)制模塊的50%占空比的時刻，正弦波的頻率就是占空比改變一個周期的頻率，這樣高頻調(diào)制的正弦波就得以生成。如圖3所示，陀螺進(jìn)動的幅度和方位與陀螺進(jìn)動控制信號的幅度和相位并不一致，二者有特定的復(fù)雜映射關(guān)系，在實際應(yīng)用過程中，為了簡化計算過程，將某些特殊點(diǎn)的映射做成64X64的二維表，將進(jìn)動幅度和進(jìn)動方位分別在該表中搜索距離輸入信息最近的兩個點(diǎn)，然后利用線性插值的方法進(jìn)行插值，得到進(jìn)動控制信息的幅度和相位。其中，特殊點(diǎn)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(diǎn)，本實施例采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，并以圓心為原點(diǎn)，在圓面上設(shè)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(diǎn)采取為特殊點(diǎn)。如圖4所示，系統(tǒng)上電后，首先對微控制器外圍設(shè)備及其硬軟件的參數(shù)進(jìn)行初始化，然后查詢，陀螺轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動周期到來，如果沒到來，則查詢脈寬調(diào)制的間隔是否到來，如果到來，則測量陀螺轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，接下來確定需要進(jìn)動的位置(本實施例通過串口接收上位機(jī)的需要進(jìn)動的位置信息)，然后把進(jìn)動的位置和進(jìn)動控制信息進(jìn)行映射，完成進(jìn)動控制信息的幅度、頻率和相位三要素了，在來查詢脈寬調(diào)制間隔是否到來，到來則輸出脈寬調(diào)制波，沒有到來則查詢陀螺轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)動周期是否到來。其中，脈寬調(diào)制的間隔通過定點(diǎn)采用得至IJ，在一個周期的正弦波內(nèi)設(shè)定256個點(diǎn)，正弦波周期除以256即得到脈寬調(diào)制的間隔。
權(quán)利要求1.一種陀螺進(jìn)動控制裝置，其特征在于包括預(yù)處理電路、微控制器、低通濾波器、功率放大器和陀螺驅(qū)動；預(yù)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(jī)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(qū)動的輸入端連接，陀螺驅(qū)動的輸出端與陀螺連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種陀螺進(jìn)動控制裝置，其特征在于 所述傳感器包括位置傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種陀螺進(jìn)動控制裝置，其特征在于 所述微控制器采用TMS320F28335。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種陀螺進(jìn)動控制裝置，其特征在于 所述低通濾波器采用二階巴特沃斯濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種陀螺進(jìn)動控制裝置，其特征在于 所述功率放大器采用0PA544。
專利摘要本實用新型涉及一種陀螺進(jìn)動控制裝置，包括預(yù)處理電路、微控制器、低通濾波器、功率放大器和陀螺驅(qū)動；預(yù)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(jī)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(qū)動的輸入端連接，陀螺驅(qū)動的輸出端與陀螺連接。本實用新型提高了陀螺進(jìn)動的控制精度；節(jié)約了成本，減少了電路復(fù)雜度；降低了算法的復(fù)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(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者王恩德, 佟新鑫, 朱丹, 劉曉安, 王旭, 栗蕭峰 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所