一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统，包括陀螺仪本体、硬件电路、数字信号处理和通讯接口电路，陀螺仪本体包括驱动电机、信号器和力矩器；硬件电路包括前级放大器、选频网络、A/D转换器、力矩电流发生器、信号器激磁电源电路和驱动电机电源电路；前级放大器连接信号器，前级放大器连接选频网络，选频网络连接A/D转换器；力矩器的输入连接力矩电流发生器的输出；信号器输入连接信号器激磁电源电路输出；驱动电机输入连接驱动电机电源电路输出；A/D转换器的输出、力矩电流发生器输入、信号器激磁电源电路输入和驱动电机电源电路输入连接数字信号处理；数字信号处理输出的角速率数字量连接至通讯接口电路。

A Fully Digital Dynamic Tuned Gyroscope Servo Control System

The invention discloses a fully digital dynamic tuned gyroscope servo control system, which includes gyroscope body, hardware circuit, digital signal processing and communication interface circuit. The gyroscope body includes driving motor, signal and torquer. The hardware circuit includes preamplifier, frequency selection network, A/D converter, moment current generator, signal excitation power supply circuit and driving motor. Power supply circuit; preamplifier connects signal, preamplifier connects frequency selection network, frequency selection network connects A/D converter; Torque input connects output of moment current generator; Signal input connects output of excitation power supply circuit of signal generator; Drive motor input connects output of driving motor power supply circuit; A/D converter output, input of moment current generator, signal The input of excitation power supply circuit and drive motor power supply circuit are connected with digital signal processing, and the angular rate digital output of digital signal processing is connected with communication interface circuit.

【技术实现步骤摘要】
一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统
本专利技术属于伺服控制领域，具体涉及一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统。
技术介绍
随着惯性导航系统应用范围的扩大以及各项指标要求的不断提高，现阶段动力调谐陀螺伺服控制系统广泛使用的模拟控制回路实现，模拟控制回路中，流经力矩器的是连续变化的直流电流量，为精确地测量力矩器电流，同时又便于与数字计算机相配合，一般采用精密电阻对电流信号进行采样，再用V/F或A/D转换电路将其转变为数字信号提供对系统的数字接口。模拟控制回路的输出为模拟量，且电路复杂、尺寸大、不便于调试，对A/D或V/F转换电路要求较高。为此，本专利技术提出了一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统，具有多种比模拟控制回路更优越的特点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种动态范围宽，稳定性好，能够软件实现信号解调、交叉耦合补偿、线性度补偿、零位补偿等来提高陀螺仪自身精度，简单实现马达交流电源和激磁电源，硬件成本远小于模拟电路的一半，直接数字输出的一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统，以解决现有的动力调谐陀螺模拟控制回路电路复杂、尺寸大、不便于调试等问题。本专利技术的技术方案如下：一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统，包括陀螺仪本体、硬件电路、数字信号处理和通讯接口电路，陀螺仪本体包括驱动电机、信号器和力矩器；硬件电路包括前级放大器、选频网络、A/D转换器、力矩电流发生器、信号器激磁电源电路和驱动电机电源电路；前级放大器的输入连接信号器的输出，前级放大器的输出连接选频网络的输入，选频网络的输出连接A/D转换器输入；力矩器的输入连接力矩电流发生器的输出；信号器输入连接信号器激磁电源电路输出；驱动电机输入连接驱动电机电源电路输出；A/D转换器的输出、力矩电流发生器输入、信号器激磁电源电路输入和驱动电机电源电路输入连接数字信号处理；所述数字信号处理输出的角速率数字量连接至通讯接口电路。进一步的，所述信号器输出交流电压信号至前级放大器，放大器输出至选频网络。进一步的，所述选频网络采用无限增益多路反馈型二阶滤波电路，该选频网络用于滤掉16KHz陀螺信号以外的噪声信号。进一步的，所述A/D转换器输入连接选频网络输出，A/D转换器输出信号以及控制信号连接数字信号处理，其中A/D转换器型号选用AD7606。进一步的，数字信号处理由软件实现A/D转换控制、以及滤波、相敏解调、陷波、幅度极性调整、解耦和控制算法，通讯接口电路发送到上位机，通讯接口电路输出信号为RS422或RS232或RS485形式。进一步的，所述数字信号处理输出的三路幅值、频率相同、相位相差120°的方波信号连接至驱动电机电源电路。进一步的，所述的驱动电机电源电路包括功率放大电路和两路电压比较器，所述的驱动电机电源电路接收输入的三路方波信号经过两路电压比较器后输出幅值为±VCC、频率相同、相位相差120°的三路方波信号和幅值为VCC、频率相同、相位相差120°的三路方波信号共六路方波信号，六路方波信号连接至由N沟道功率场效应管和P沟道功率场效应管组成的功率放大电路，功率放大电路输出三路方波信号作用于驱动电机，其中电压比较器选用LM2901，N沟道功率场效应管选用IRFR024，P沟道功率场效应管选用RFR9024。进一步的，所述驱动电机电源电路输出的三路方波信号频率为系统设定值。进一步的，所述信号器激磁电源电路输入脉宽调制信号经过滤波电路后输出连接至扩流电路，其中滤波电路为有源滤波器选用OP07，扩流电路选用OPA551。进一步的，所述力矩电流发生器包括恒流源和极性开关，所述力矩电流发生器接收数字信号处理输出的两个互补对称脉宽调制信号给力矩器提供一个力矩电流脉冲，所述的恒流源负责产生精度较高的恒定电流，力矩电流极性的改变则由极性开关完成使力矩电流沿不同的路径流动；所述恒流源由高精度并联基准产生一个基准电压，基准电压用于产生恒定电流，恒流源输出的恒定电流信号(DL-I)流至极性开关，高精度并联基准选用LM199，运放选用OP09；所述极性开关的动作元件是模拟开关，由数字信号处理的信号作为控制信号来控制模拟开关进行切换，完成力矩器中电流流向的切换，采用MAX4655和MAX4656两种模拟开关来控制流经力矩器的电流方向，两种模拟开关的供电电压均为±15V，通过软件编程，当两个互补对称脉宽调制信号中一个脉宽调制信号A为高电平时，脉宽调制信号B为低电平，U1(MAX4656)和U4(MAX4655)的片选信号有效，此时电流通过力矩器高端、力矩器和力矩器低端，反之，当脉宽调制信号A为低电平时，脉宽调制信号B为高电平，U3(MAX4656)和U2(MAX4655)的片选信号有效，此时电流方向为力矩器低端、力矩器和力矩器高端，所述的力矩器连接在极性开关输出力矩器高端和力矩器低端之间。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出了一种动态范围宽，稳定性好，能够软件实现交叉耦合补偿、线性度补偿、零位补偿等来提高陀螺仪自身精度，简单实现马达交流电源，硬件成本远小于模拟电路的一半，直接数字输出的一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统，使得系统更加小型化、调试更加灵活化。附图说明图1为本专利技术提供的一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统总体实现框图；图2为本专利技术提供的一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统前级放大器原理图；图3为本专利技术提供的一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统选频网络原理图；图4为本专利技术提供的一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统A/D转换原理图；图5为本专利技术提供的一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统恒流源电路原理图；图6为本专利技术提供的一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统极性开关电路原理图；图7为本专利技术提供的一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统信号器激磁电源电路原理图；图8为本专利技术提供的一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统驱动电机电源电路原理图；具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进一步说明：请同时参阅图1至图8，一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统，包括陀螺仪本体、硬件电路、数字信号处理和通讯接口电路。由于动调陀螺仪为双轴陀螺仪，两个轴的控制方式相同，在此以其中一个轴为例说明具体技术方案，另一轴参考设计。陀螺仪本体包括驱动电机、信号器和力矩器。其中驱动电机、信号器和力矩器连接至硬件电路，硬件电路包括前级放大器、选频网络、A/D转换器、力矩电流发生器、信号器激磁电源电路和驱动电机电源电路，其中前级放大器的输入连接信号器的输出，前级放大器的输出连接选频网络的输入，选频网络的输出连接A/D转换器输入；力矩器的输入连接力矩电流发生器的输出；信号器输入连接信号器激磁电源电路输出；驱动电机输入连接驱动电机电源电路输出；A/D转换器的输出、力矩电流发生器输入、信号器激磁电源电路输入和驱动电机电源电路输入连接数字信号处理。数字信号处理连接通讯接口电路。信号器输出交流电压信号至前级放大器，放大输出至选频网络，信号器电阻与两个桥臂电阻R1和R2构成电桥转换电路，经电桥转换电路转换成电压信号，并用运算放大器作进一步放大。信号器输出的微弱信号必须先经过前级放大器后再输出，以提高信噪比。前级放大器的输出连接选频网络。选频网络采用无限增益多路反馈型二阶滤波电路。输入连接前级放大器的输出，由于陀螺仪使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统，包括陀螺仪本体、硬件电路、数字信号处理和通讯接口电路，其特征在于：陀螺仪本体包括驱动电机、信号器和力矩器；硬件电路包括前级放大器、选频网络、A/D转换器、力矩电流发生器、信号器激磁电源电路和驱动电机电源电路；前级放大器的输入连接信号器的输出，前级放大器的输出连接选频网络的输入，选频网络的输出连接A/D转换器输入；力矩器的输入连接力矩电流发生器的输出；信号器输入连接信号器激磁电源电路输出；驱动电机输入连接驱动电机电源电路输出；A/D转换器的输出、力矩电流发生器输入、信号器激磁电源电路输入和驱动电机电源电路输入连接数字信号处理；所述数字信号处理输出的角速率数字量连接至通讯接口电路。

【技术特征摘要】
1.一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统，包括陀螺仪本体、硬件电路、数字信号处理和通讯接口电路，其特征在于：陀螺仪本体包括驱动电机、信号器和力矩器；硬件电路包括前级放大器、选频网络、A/D转换器、力矩电流发生器、信号器激磁电源电路和驱动电机电源电路；前级放大器的输入连接信号器的输出，前级放大器的输出连接选频网络的输入，选频网络的输出连接A/D转换器输入；力矩器的输入连接力矩电流发生器的输出；信号器输入连接信号器激磁电源电路输出；驱动电机输入连接驱动电机电源电路输出；A/D转换器的输出、力矩电流发生器输入、信号器激磁电源电路输入和驱动电机电源电路输入连接数字信号处理；所述数字信号处理输出的角速率数字量连接至通讯接口电路。2.根据权利要求1所述的一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统，其特征在于：所述信号器输出交流电压信号至前级放大器，放大器输出至选频网络。3.根据权利要求1所述的一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统，其特征在于：所述选频网络采用无限增益多路反馈型二阶滤波电路，该选频网络用于滤掉16KHz陀螺信号以外的噪声信号。4.根据权利要求1所述的一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统，其特征在于：所述A/D转换器输入连接选频网络输出，A/D转换器输出信号以及控制信号连接数字信号处理，其中A/D转换器型号选用AD7606。5.根据权利要求1所述的一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统，其特征在于：数字信号处理由软件实现A/D转换控制、以及滤波、相敏解调、陷波、幅度极性调整、解耦和控制算法，通讯接口电路发送到上位机，通讯接口电路输出信号为RS422或RS232或RS485形式。6.根据权利要求1所述的一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统，其特征在于：所述数字信号处理输出的三路幅值、频率相同、相位相差120°的方波信号连接至驱动电机电源电路。7.根据权利要求1所述的一种全数字化动力调谐陀螺伺服控制系统，其特征在于：所述的驱动电机电源电路包括功率放大电路和两路电压比较器，所述的驱动电机电源电路接收输入的方波信号经过两路电压比较器后输...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨少军，李敬蕊，毛露，
申请(专利权)人：陕西航天时代导航设备有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61