一种三浮陀螺磁悬浮控制电路制造技术

一种三浮陀螺磁悬浮控制电路，交流电源1、直流电源2、泄放电路3、多路结构相同的开关电路4、多路结构相同的电桥电路5、差动放大电路6、解调电路7、滤波电路8、模数转换电路9、数字信号处理器10。本发明专利技术结合开关控制时序，实现了磁悬浮线圈反电势干扰抑制，大幅抑制电路噪声，提高位置检测和施力效率，从而降低磁悬浮干扰力矩，实现了陀螺精度的进一步提升；同时泄放电路对位置检测完全无影响，在位置检测阶段，直流电源选通开关处于断开状态，不会对电桥电路产生影响。

【技术实现步骤摘要】
一种三浮陀螺磁悬浮控制电路
本专利技术涉及惯性
，特别是一种三浮陀螺磁悬浮控制电路。
技术介绍
三浮陀螺采用了磁悬浮、液浮和动压气浮技术，是一种高精度角速度测量敏感器，三浮陀螺中磁悬浮系统的作用是实现浮子在浮液中完全悬浮，并使其相对框架位置保持不变。磁悬浮系统消除了浮子轴尖与框架宝石轴承之间机械接触，减小了浮子受到的干扰力矩，从而将液浮陀螺的精度提高了几个数量级，是三浮陀螺关键系统之一。现有的磁悬浮控制系统在电路上存在一些不足，容易产生电磁干扰。中国专利CN1039131157提出了一种三浮陀螺仪有源磁悬浮控制系统及控制方法，采用多路选通器对多组检测线圈进行切换。由于定子线圈具有电感特性，多路选通器切换过程中必然产生反电动势，从而影响位置检测和加力控制精度，导致浮子位置控制精度不高，并且还会对陀螺仪力反馈控制回路产生电磁干扰，影响陀螺仪精度。中国专利CN103884867专利技术了一种三浮陀螺加速度计的磁悬浮定中系统，在定子线圈上并联了一个由电阻和电压调整二极管串联组成的电荷泄放电路，将多路选通器切换时的反电动势钳制在二极管稳压值。该方法在一定程度上减小了反电动势，但由于二极管的稳压值不能低于激励信号和加力信号幅值，最好情况下也只能将反电动势减小到激励信号和加力信号幅值大小，无法完全消除反电动势的影响，其效果甚微，另外泄放电路并联在线圈上会影响浮子位置检测的精度。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种三浮陀螺磁悬浮控制电路，通过简洁的办法解决磁悬浮定子线圈在通断时产生的反电动势干扰问题。本专利技术的技术解决方案是：一种三浮陀螺磁悬浮控制电路，包括交流电源、直流电源、泄放电路、多路结构相同的开关电路、多路结构相同的电桥电路、差动放大电路、解调电路、滤波电路、模数转换电路、数字信号处理器，其中交流电源产生频率、幅值固定的激励信号用于电桥电路；直流电源是磁悬浮线圈的加力电源，用于向电桥电路中线圈施加直流信号产生拉力；泄放电路包括开关K0、二极管D0，直流电源通过泄放电路向电桥电路中线圈施加直流信号产生拉力；开关电路由数字信号处理器控制通断，选通交流电源、直流电源、差动放大电路；电桥电路包括1组正向线圈、负向线圈，浮子位于陀螺仪中心位置，右侧径向、左侧径向各安装2组正向线圈、负向线圈，轴向安装1组正向线圈、负向线圈，正向线圈、负向线圈作为传感器检测浮子位置，或者产生拉力用作执行器；差动放大电路将电桥电路输出的电压信号放大、差值处理，得到交流电压信号；解调电路将差动放大电路输出的交流电压信号进行同步解调，使得解调信号的相位与激励信号相同；滤波电路将解调信号通过低通滤波器将其转化为反映浮子位置信息的直流信号；模数转换电路将直流信号转化为数字量，输入到数字信号处理器；数字信号处理器根据转子位置信息产生控制信号，控制开关电路中开关的闭合和断开。所述的二极管D0反向耐压值高于直流电源电压，正向电流值大于所有加力回路电流之和，其中，加力回路为电桥电路中线圈施加在转子上的拉力回路。所述的开关电路包括开关K11、开关K12、开关K13、开关K14、K15，由数字信号处理器控制通断；开关K11用于选通交流电源，开关K12、K13用于选通直流电源，联动开关K14、K15用于选通差动放大电路。所述的电桥电路包括电阻R11、电阻R12、线圈LX+、线圈LX-，浮子位于陀螺仪中心位置，右侧径向、左侧径向各安装2组线圈LX+、线圈LX-，轴向安装1组线圈LX+、线圈LX-，线圈LX+、线圈LX-作为传感器检测浮子位置，或者产生拉力用作执行器。所述的数字信号处理器采用FPGA或者DSP实现。所述的数字信号处理器的控制周期包括位置检测Ts阶段、加力控制TF阶段、泄放等待TW阶段；在位置检测Ts阶段，顺序对浮子在右侧径向磁悬浮X向、右侧径向磁悬浮Y向、左侧径向磁悬浮X向、左侧径向磁悬浮Y向、轴向磁悬浮5个方向上的位置进行检测，获得浮子位置，交流电源选通开关K11闭合，直流电源选通开关K12、K13断开，右侧径向磁悬浮X向检测时，差动放大电路选通开关K14、K15切换到右侧径向磁悬浮X向电桥电路，在左侧径向磁悬浮Y向检测时，差动放大电路选通开关K14、K15切换到左侧径向磁悬浮Y向电桥电路，…，依次获得浮子在5个方向上的位置，之后断开交流电源选通开关K11；在加力控制TF阶段，数字信号处理器根据浮子位置，计算出每组线圈需要加力的时间，泄放电路开关K0闭合，在每组线圈需要加力的时间闭合开关电路中对应的直流电源选通开关K12、K13；在泄放等待TW阶段，泄放电路开关K0断开，磁悬浮线圈产生反电动势，通过泄放电路二极管D0使线圈储能迅速释放。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术消除了线圈在加力开关断开时反电动势产生的电磁干扰，泄放电路二极管提供了线圈续流回路，可以在很短的时间内将线圈储能释放完全，大幅缩短泄放等待时间，提高加力效率；(2)本专利技术泄放电路对位置检测完全无影响，在位置检测阶段，直流电源选通开关处于断开状态，不会对电桥电路产生影响；(3)本专利技术泄放电路简洁，磁悬浮系统仅增加一个开关和二极管，而不是在每个线圈上增加泄放电路。附图说明图1为本专利技术电路原理图；图2为本专利技术控制时序图；图3为本专利技术磁悬浮线圈与浮子安装示意图。具体实施方式本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种磁悬浮线圈电流泄放回路，结合开关控制时序，实现了磁悬浮线圈反电势干扰抑制，大幅抑制电路噪声，提高位置检测和施力效率，从而降低磁悬浮干扰力矩，实现了陀螺精度的进一步提升。本专利技术没有改变利用电磁力控制浮子位置的工作方式，但所提出的磁悬浮各个开关动作顺序与现有技术差别很大，与电路上增加的一个总开关紧密配合，实现了干扰抑制。仅仅通过简单的电路改进或者控制时序变化，无法实现本专利技术所能达到的效果。下面结合附图对本专利技术系统进行详细说明。如图1所示为本专利技术一种三浮陀螺磁悬浮控制电路原理图，包括交流电源1、直流电源2、泄放电路3、开关电路4、电桥电路5、差动放大电路6、解调电路7、滤波电路8、模数转换电路9、数字信号处理器10，其中交流电源1产生频率、幅值固定的激励信号用于电桥电路5；直流电源2是磁悬浮线圈的加力电源，用于向线圈中施加直流信号产生拉力；泄放电路3包括一个开关K0和一个二极管D0，二极管D0反向耐压值高于直流电源2电压，正向电流值大于所有加力回路电流之和；开关电路4共有5路，分别用于左右两侧径向磁悬浮和轴向磁悬浮，每侧径向磁悬浮分别包括X向和Y向2路，图1以其中一路作为示意；每一路开关电路包括5个开关，其中开关K11用于选通交流电源，开关K12、K13用于选通直流电源，联动开关K14、K15用于选通差动放大电路6；所有开关均由数字信号处理器10控制器通断；电桥电路5共有5路，分别用于左右两侧径向磁悬浮和轴向磁悬浮，每侧径向磁悬浮分别包括X向和Y向2路，图1以其中左侧径向磁悬浮作为示意；陀螺仪中每向磁悬浮包括正负两个线圈，如图3所示，浮子11位于陀螺仪中心位置，在其右侧径向上安装4个线圈12，线圈12既可以作为传感器检测浮子位置，又可以产生拉力用作执行器；同一方向上的两个线圈与电路上的两个电阻组成一路电桥电路；浮子位置的变化引起线圈电感量变化，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三浮陀螺磁悬浮控制电路，其特征在于包括交流电源(1)、直流电源(2)、泄放电路(3)、多路结构相同的开关电路(4)、多路结构相同的电桥电路(5)、差动放大电路(6)、解调电路(7)、滤波电路(8)、模数转换电路(9)、数字信号处理器(10)，其中交流电源(1)产生频率、幅值固定的激励信号用于电桥电路(5)；直流电源(2)是磁悬浮线圈的加力电源，用于向电桥电路(5)中线圈施加直流信号产生拉力；泄放电路(3)包括开关K0、二极管D0，直流电源(2)通过泄放电路(3)向电桥电路(5)中线圈施加直流信号产生拉力；开关电路(4)由数字信号处理器(10)控制通断，选通交流电源(1)、直流电源(2)、差动放大电路(6)；电桥电路(5)包括1组正向线圈、负向线圈，浮子(11)位于陀螺仪中心位置，右侧径向、左侧径向各安装2组正向线圈、负向线圈，轴向安装1组正向线圈、负向线圈，正向线圈、负向线圈作为传感器检测浮子位置，或者产生拉力用作执行器；差动放大电路(6)将电桥电路(5)输出的电压信号放大、差值处理，得到交流电压信号；解调电路(7)将差动放大电路(6)输出的交流电压信号进行同步解调，使得解调信号的相位与激励信号相同；滤波电路(8)将解调信号通过低通滤波器将其转化为反映浮子位置信息的直流信号；模数转换电路(9)将直流信号转化为数字量，输入到数字信号处理器(10)；数字信号处理器(10)根据转子位置信息产生控制信号，控制开关电路(4)中开关的闭合和断开。...

【技术特征摘要】
1.一种三浮陀螺磁悬浮控制电路，其特征在于包括交流电源(1)、直流电源(2)、泄放电路(3)、多路结构相同的开关电路(4)、多路结构相同的电桥电路(5)、差动放大电路(6)、解调电路(7)、滤波电路(8)、模数转换电路(9)、数字信号处理器(10)，其中交流电源(1)产生频率、幅值固定的激励信号用于电桥电路(5)；直流电源(2)是磁悬浮线圈的加力电源，用于向电桥电路(5)中线圈施加直流信号产生拉力；泄放电路(3)包括开关K0、二极管D0，直流电源(2)通过泄放电路(3)向电桥电路(5)中线圈施加直流信号产生拉力；开关电路(4)由数字信号处理器(10)控制通断，选通交流电源(1)、直流电源(2)、差动放大电路(6)；电桥电路(5)包括1组正向线圈、负向线圈，浮子(11)位于陀螺仪中心位置，右侧径向、左侧径向各安装2组正向线圈、负向线圈，轴向安装1组正向线圈、负向线圈，正向线圈、负向线圈作为传感器检测浮子位置，或者产生拉力用作执行器；差动放大电路(6)将电桥电路(5)输出的电压信号放大、差值处理，得到交流电压信号；解调电路(7)将差动放大电路(6)输出的交流电压信号进行同步解调，使得解调信号的相位与激励信号相同；滤波电路(8)将解调信号通过低通滤波器将其转化为反映浮子位置信息的直流信号；模数转换电路(9)将直流信号转化为数字量，输入到数字信号处理器(10)；数字信号处理器(10)根据转子位置信息产生控制信号，控制开关电路(4)中开关的闭合和断开。2.根据权利要求1所述的一种三浮陀螺磁悬浮控制电路，其特征在于：所述的二极管D0反向耐压值高于直流电源(2)电压，正向电流值大于所有加力回路电流之和，其中，加力回路为电桥电路(5)中线圈施加在转子上的拉力回路。3.根据权利要求1或2所述的一种三浮陀螺磁悬浮控制电路，其特征在于：所述的开关电路(4)包括开关K11、开关K12、...

【专利技术属性】
技术研发人员：马官营，王冲，李玉猛，陈小娟，姚宁，刘新彦，李杰彦，岳文杰，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11