一种适应动基座标定的多模式陀螺加矩及瞄准接口电路制造技术

本发明专利技术公开了一种适应动基座标定的多模式陀螺加矩及瞄准接口电路。陀螺加矩及瞄准接口电路包括：陀螺加矩模块、星敏器接口模块、FPGA控制模块、平台加温电源切换控制模块。本发明专利技术主要用于惯性平台系统模拟导航、自标和瞄准，其自身精度和可靠性影响整个平台系统的使用精度。本发明专利技术采用FPGA处理器，相对传统陀螺加矩模块功能单一的短板，本发明专利技术可以实现粗精混合加矩，并通过恒流源温度控制进一步提升加矩精度，还能作为瞄准接口电路实现星敏器串行总线与平台电路箱并行总线数据转换、平台加温电源切换控制的功能。

A Moment-adding and Aiming Interface Circuit for Multi-mode Gyroscope Adapted to Moving Base Calibration

【技术实现步骤摘要】
一种适应动基座标定的多模式陀螺加矩及瞄准接口电路
本专利技术涉及一种适应动基座标定的多模式陀螺加矩及瞄准接口电路，用于动基座环境惯性平台系统模拟导航、自标和瞄准，属于惯性导航

技术介绍
陀螺加矩及瞄准接口电路是平台惯性导航系统控制回路的重要执行环节，其加矩输出直接控制平台内陀螺力矩器的运转，加矩的稳定性将直接影响到惯性平台系统的标定和瞄准的精度，进而影响战略武器的导航精度。传统加矩电路功能相对单一，内部仅有简单的逻辑处理电路和功率级输出电路，只能被动接受指令，不能实现与主机通信、瞄准接口等复杂功能。本专利技术为适应动基座标定的多模式陀螺加矩及瞄准接口电路，采用国产FPGA处理器为核心的全数字化控制方案，加矩策略可实现平台快速、精密连续翻滚标定。为适应平台快速位置转动和精确加矩需要，不同于传统加矩接口电路一般只有大力矩器粗加矩和小力矩器精加矩两类加矩，本设计通过增加继电器和控制信号实现了大力矩器精加矩功能，从而实现了更为灵活的混合加矩。粗加矩采用二元脉冲方式实现快速转位，精加矩采用恒流源组件实现精确加矩。精加矩稳定性会间接影响导航精度，而恒流源组件温度控制即是保证精加矩稳定性的关键。传统设计中并不具备对恒流源组件的单独温控回路，仅依靠组件内部的bang-bang控制实现组件内部温度稳定。而本设计通过FPGA控制实现了恒流源组件的PID温控，相对于bang-bang温控波动量更小且无需通过更改硬件电路就能再现修改温控点从而实现灵活可调的组件温控回路，从而保证加矩的稳定性。随着数字信号处理技术的发展和数字信号处理器性能的提高，同时为适应惯性平台系统更为机动、灵活的使用环境，陀螺加矩及瞄准接口电路板将赋予更多的功能，同时由于自带控制单元，其运算和扩展能力将更强，同时也能更高程度的提高加矩精度，为提高惯性平台系统的自标、自瞄精度提供了必要条件。如何在保证加矩及瞄准接口电路输出精度的前提下，提升其对外界环境的抗干扰能力、降低功耗是是本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服传统静基座标定加矩电路技术的不足，通过引入FPGA恒流源温控、加矩及星敏器接口等模块实现了混合加矩和外部准直瞄准功能，适应动基座标定的加矩电路。本专利技术目的通过如下技术方案予以实现：提供一种适应动基座标定的多模式陀螺加矩及瞄准接口电路，包括陀螺加矩模块、星敏器接口模块、FPGA控制模块以及平台加温电源切换控制模块；陀螺加矩模块在接收到FPGA控制模块输出的加矩控制指令时进行判断，如果为精加矩控制指令，则输出三路精加矩电流对应驱动平台转位的3个小力矩器；如果为粗加矩控制指令，则输出三路粗加矩电压对应驱动平台转位的3个大力矩器；如果为混合加矩控制指令，则输出三路精加矩电流对应驱动平台转位的3个大力矩器；星敏器接口模块接收外部星敏器的数据，并发送给FPGA控制模块；接收FPGA控制模块发送的星敏器同步信号进行信号处理后发送给外部星敏器；平台加温电源切换控制模块接收FPGA控制模块发送的加温切换指令，并生成对应的模拟差分信号输出用于平台控温；FPGA控制模块通过数字并行总线接收平台主控电路板输出控制指令，生成对应的精、粗或混合加矩控制指令；接收平台主控电路板对星敏器控制指令，发送星敏器同步信号；将星敏器发送的数据通过并行总线传输至平台主控电路板；通过并行总线接收平台主控电路板发送的温控指令，并生成加温切换指令发送给平台加温电源切换控制模块。优选的，陀螺加矩模块包括粗加矩功率电路、恒流源、恒压源以及模拟开关；粗加矩功率电路根据FPGA控制模块输出的粗加矩PWM驱动信号，控制恒压源的输出正负电压的占空比，控制3个大力矩器的转速；模拟开关根据FPGA控制模块输出的精加矩PWM驱动信号，控制恒流源输出电流在正负向输出之间切换的占空比，控制三支小力矩器的转速；FPGA控制模块输出混合加矩控制指令时，恒流源的输出切换至3个大力矩器，恒压源输出关闭，恒流源基于混合加矩PWM驱动信号的输出电流，控制三支大力矩器的转速。优选的，陀螺加矩模块还包括准直控制电路，接收上级控制系统发送的准直信号和准直控制信号，将准直控制信号发送给FPGA控制模块并将平台Y方向调节的大力矩器切换为准直控制电路控制，根据准直信号控制对应于平台Y方向调节的大力矩器。优选的，陀螺加矩模块还包括断调平信号输出电路，接收FPGA控制模块发送的断调平控制指令，一路进行隔离后转换为差分信号传递给平台上级控制系统，第二路转换为差分信号输出给本平台集成电源；第三路直接由FPGA控制模块输出作为断调平标志。优选的，星敏器接口模块接收通过RS485接口与星敏器通讯。优选的，陀螺加矩模块还包括恒流源温控回路，采集恒流源的温度并发送给FPGA控制模块，FPGA控制模块根据采集温度与目标温度的差值进行PID温度控制。优选的，FPGA控制模块通过并行总线接收上级控制系统发送的装订温度值获得所述目标温度。优选的，所述FPGA控制模块与陀螺加矩模块、星敏器接口模块、以及平台加温电源切换控制模块之间设置光耦隔离。优选的，模拟开关根据FPGA控制模块控制恒流源正向、反向输出电流的占空比，控制三支小力矩器的转速，与三支小力矩器之间设置RC滤波电路，防止过载。优选的，还包括时钟电路，外部晶振时钟经过FPGA控制模块内部的基础时钟管理模块DCM四倍频后用于多模式陀螺加矩及瞄准接口电路的时钟。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)适应动基座标定的加矩电路，相较于传统静基座标定加矩电路，实现了陀螺仪大力矩器精密加矩和外部准直瞄准功能，其逻辑功能复杂，要求充分考虑电路隔离设计、加矩工作状态互斥设计等。相较于传统加矩电路，增加了大力矩器精加矩功能，本设计加矩策略可实现平台快速、精密连续翻滚标定。(2)陀螺仪精密加矩电路要求加矩电流长时间稳定性优于1.3E-05，传统的加矩电路设计直接采用恒流源组件内部温控，温控点固定且受外温度接环境影响较大，本设计利用FPGA控制器实现了组件外部PID温控策略，相对于硬件电路的温控算法更加平滑且可根据不同要求调整温控点，从而保证了恒流源电路的工作精度，对电和热的隔离设计、布局布线要求较高；(3)本专利技术中核心控制单元采用FPGA，优于传统分立器件仅具备加矩、断调平的单一功能，此设计更适用于多模式切换逻辑处理，可通过内部算法实现粗精混合加矩，同时可实现数据补偿、参数在线装订等功能，大大提高了电路板的灵活性和适应性。附图说明图1为本专利技术陀螺加矩模块及瞄准接口电路系统组成框图；图2为本专利技术陀螺加矩及瞄准接口电路FPGA控制流程图；图3为本专利技术陀螺加矩及瞄准接口电路实施案例图。具体实施方式三个大力矩器分别在三个相互垂直的坐标轴方向驱动平台实现快速转位，小力矩器在三个相互垂直的坐标轴方向驱动平台在快速转位后进行精确瞄准。如图1所示，本设计多模式陀螺加矩及瞄准接口电路主要包括陀螺加矩模块、星敏器接口模块、FPGA控制模块、平台加温电源切换控制模块。陀螺加矩模块包括：加矩电源转换电路、粗精加矩控制电路、断调平信号输出电路、恒流源温控回路、光电准直切换电路；星敏器接口模块包括：差分信号接口电路、信号调理电路；FPGA控制模块包括：电源转换电路、复位电路、时钟电路、电平转换电路等。陀螺加矩模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适应动基座标定的多模式陀螺加矩及瞄准接口电路，其特征在于，包括陀螺加矩模块、星敏器接口模块、FPGA控制模块以及平台加温电源切换控制模块；陀螺加矩模块在接收到FPGA控制模块输出的加矩控制指令时进行判断，如果为精加矩控制指令，则输出三路精加矩电流对应驱动平台转位的3个小力矩器；如果为粗加矩控制指令，则输出三路粗加矩电压对应驱动平台转位的3个大力矩器；如果为混合加矩控制指令，则输出三路精加矩电流对应驱动平台转位的3个大力矩器；星敏器接口模块接收外部星敏器的数据，并发送给FPGA控制模块；接收FPGA控制模块发送的星敏器同步信号进行信号处理后发送给外部星敏器；平台加温电源切换控制模块接收FPGA控制模块发送的加温切换指令，并生成对应的模拟差分信号输出用于平台控温；FPGA控制模块通过数字并行总线接收平台主控电路板输出控制指令，生成对应的精、粗或混合加矩控制指令；接收平台主控电路板对星敏器控制指令，发送星敏器同步信号；将星敏器发送的数据通过并行总线传输至平台主控电路板；通过并行总线接收平台主控电路板发送的温控指令，并生成加温切换指令发送给平台加温电源切换控制模块。

【技术特征摘要】
1.一种适应动基座标定的多模式陀螺加矩及瞄准接口电路，其特征在于，包括陀螺加矩模块、星敏器接口模块、FPGA控制模块以及平台加温电源切换控制模块；陀螺加矩模块在接收到FPGA控制模块输出的加矩控制指令时进行判断，如果为精加矩控制指令，则输出三路精加矩电流对应驱动平台转位的3个小力矩器；如果为粗加矩控制指令，则输出三路粗加矩电压对应驱动平台转位的3个大力矩器；如果为混合加矩控制指令，则输出三路精加矩电流对应驱动平台转位的3个大力矩器；星敏器接口模块接收外部星敏器的数据，并发送给FPGA控制模块；接收FPGA控制模块发送的星敏器同步信号进行信号处理后发送给外部星敏器；平台加温电源切换控制模块接收FPGA控制模块发送的加温切换指令，并生成对应的模拟差分信号输出用于平台控温；FPGA控制模块通过数字并行总线接收平台主控电路板输出控制指令，生成对应的精、粗或混合加矩控制指令；接收平台主控电路板对星敏器控制指令，发送星敏器同步信号；将星敏器发送的数据通过并行总线传输至平台主控电路板；通过并行总线接收平台主控电路板发送的温控指令，并生成加温切换指令发送给平台加温电源切换控制模块。2.如权利要求1所述的适应动基座标定的多模式陀螺加矩及瞄准接口电路，其特征在于，陀螺加矩模块包括粗加矩功率电路、恒流源、恒压源以及模拟开关；粗加矩功率电路根据FPGA控制模块输出的粗加矩PWM驱动信号，控制恒压源的输出正负电压的占空比，控制3个大力矩器的转速；模拟开关根据FPGA控制模块输出的精加矩PWM驱动信号，控制恒流源输出电流在正负向输出之间切换的占空比，控制三支小力矩器的转速；FPGA控制模块输出混合加矩控制指令时，恒流源的输出切换至3个大力矩器，恒压源输出关闭，恒流源基于混合加矩PWM驱动信号的输出电流，控制三支大力矩器的转速。3.如权利要求2所述的适应动基座标定的多模式陀螺加矩及瞄准接口电路，其特征在于，陀螺加矩模...

【专利技术属性】
技术研发人员：李渤弘，王二伟，张志伟，张艳霞，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11