一种三轴转台超速保护系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种三轴转台超速保护系统及方法，该保护系统包括第一速率陀螺仪、第二速率陀螺仪、直流测速机、第一信号转换器、第二信号转换器、FPGA解码器和驱动器，第一速率陀螺仪设在中框转轴的轴端，第二速率陀螺仪设在外框转轴的轴端，第一速率陀螺仪和第二速率陀螺仪分别采集中框转轴和外框转轴的速度信息，直流测速机设在内框转轴的轴端，直流测速机用于采集内框转轴的速度信息，第一信号转换器与第一速率陀螺仪和第二速率陀螺仪相连，第二信号转换器与直流测速机相连，FPGA解码器分别与第一信号转换器、第二信号转换器和上位机相连，驱动器与FPGA解码器相连。本发明专利技术能够提高转台超速保护的实时性、准确性，增加超速保护的适应范围及系统的可靠性。应范围及系统的可靠性。应范围及系统的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种三轴转台超速保护系统及方法


[0001]本专利技术涉及运动控制
，具体涉及一种三轴转台超速保护系统及方法。

技术介绍

[0002]转台作为惯导测试的主要设备，在运动过程中需要具备精准的转速控制功能，但是转速一旦失控，将出现设备超速甚至“飞车”的情况，给实验及测试产品带来不可预估的风险。
[0003]超速保护技术中最为重要的是实时进行超速判断及超速后的处理措施。相关技术中，转台的超速保护主要依靠传感器的角位置反馈值进行差分运算，解算出瞬时速度，并与指令速度对比进行误差判断，处理措施为断开伺服闭环控制，转台自由减速至停止。
[0004]该超速保护方法虽然能够满足大部分产品测试要求，但是对于某些对转速要求较为严格的惯导产品，依旧存在如下问题：缺少冗余保护，所有数据来源全部基于角位置编码器，一旦编码器出现故障、读数异常，则速度判断失效、无法起到保护作用；实际速度的实时性较低、精确度较低、噪声较大、为速度判断带来干扰，实际速度为位置值进行差分计算得到，差分运算具有一定滞后性，且差分运算会引入较大噪声，导致计算值波动较大、准确度较低，若判断条件设定严格则容易误判，若条件宽泛则起不到保护作用；速度超差阈值固定，无法在不同的速度范围内达到同样的控制效果；所有判断均为软件处理，安全性不够。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种三轴转台超速保护系统，能够提高转台超速保护的实时性、准确性，增加超速保护的适应范围及系统的可靠性。
[0006]本专利技术实施例还提供了一种三轴转台超速保护方法。
[0007]第一方面，本专利技术的实施例提出三轴转台超速保护系统，所述转台包括内框转轴、外框转轴和中框转轴，所述保护系统包括：第一速率陀螺仪和第二速率陀螺仪，所述第一速率陀螺仪与所述中框转轴相连且所述第一速率陀螺仪设在所述中框转轴的轴端，所述第二速率陀螺仪与所述外框转轴相连且所述第二速率陀螺仪设在所述外框转轴的轴端，所述第一速率陀螺仪用于采集所述中框转轴的速度信息且产生差分数字信号，所述第二速率陀螺仪用于采集所述外框转轴的速度信息且产生差分数字信号；直流测速机，所述直流测速机与所述内框转轴相连且所述直流测速机设在所述内框转轴的轴端，所述直流测速机用于采集所述内框转轴的速度信息且产生电压模拟信号；第一信号转换器，所述第一信号转换器与所述第一速率陀螺仪和第二速率陀螺仪相连，所述第一信号转换器用于将所述第一速率陀螺仪和第二速率陀螺仪产生的差分数字信号转换为第一单端数字信号；第二信号转换器，所述第二信号转换器与所述直流测速机相连，所述第二信号转换器用于将所述直流测速机产生的电压模拟信号转换为第二单端数字信号；FPGA解码器，所述FPGA解码器分别与所述第一信号转换器和第二信号转换器相连，且所述FPGA解码器适于与上位机相连；驱动器，所述驱动器与所述FPGA解码器相连，所述驱动器用于驱动所述内框转轴、外框转轴和中
框转轴转动。
[0008]优选地，所述第一信号转化器为差分单端转换器，所述第二信号转换器为高精度AD转换器
[0009]优选地，所述三轴转台超速保护系统还包括控制器，所述控制器与所述FPGA解码器相连，所述控制器用于转台的闭环控制。
[0010]优选地，所述三轴转台超速保护系统还包括继电器，所述继电器分别与所述驱动器和所述FPGA解码器相连，所述继电器用于控制所述驱动器开启或关闭。
[0011]第二方面，本专利技术实施例提供了三轴转台超速保护方法，包括第一方面中任一项所述的三轴超速保护系统，所述超速保护方法包括如下步骤：
[0012]S1：第一信号转换器将第一速率陀螺仪和第二速率陀螺仪产生的差分数字信号转换为第一单端数字信号，并将第一单端数字信号传输至FPGA解码器，第二信号转换器将直流测速机产生的电压模拟信号转换为第二单端数字信号，并将第二单端数字信号传输至FPGA解码器；
[0013]S2：FPGA解码器对所述第一单端数字信号和第二单端数字信号进行解码，解码得出转台转轴的实时转速值V1；
[0014]S3：FPGA解码器读取上位机发出的转台转轴的预设转速值V0；
[0015]S4：FPGA解码器将实时转速值V1与预设转速值V0的差值Err按照与预设阈值M进行比对；
[0016]S5：若Err≥M，则进入超速保护步骤，所Err＜M，则重复步骤S1
‑
S4。
[0017]优选地，所述预设阈值M＝Km
×
V0，其中Km为超速系数，且m＝1,2,3
…
，N，其中N为速度分段数。
[0018]优选地，所述超速保护步骤为所述FPGA解码器输出两路信号，一路信号传输至控制器，关闭所述转台闭环控制，另一路信号传输至所述继电器，关闭所述继电器，进而关闭所述驱动器。
[0019]综上，本专利技术具有如下有益效果：
[0020]1、通过在中框转轴和外框转轴上安装速率陀螺仪，内框转轴安装直流测速机，避免三轴运动之间的速度耦合，减少保护机制的复杂度，提高准确度，并且提高了实际速度读取的实时性、准确性，可避免控制器抖动、外界干扰、反馈角位置传感器故障等引发的系统失控。
[0021]2、根据不同速度范围设定不同超速系数，从而改变超速判断阈值的大小，提高了超速保护的适应范围。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1是本专利技术实施例的三轴转台超速保护方法的流程示意图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本专利技术的原理，但不能用来限制本专利技术的范围，即本专利技术不限于所描述的实施例，在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
[0025]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0026]本专利技术的实施例提出了三轴转台超速保护系统，转台包括内框转轴、外框转轴和中框转轴，三轴转台超速保护系统包括第一速率陀螺仪、第二速率陀螺仪、直流测速机、第一信号转换器、第二信号转换器、FPGA解码器和驱动器。
[0027]第一速率陀螺仪与中框转轴相连且第一速率陀螺仪设在中框转轴的轴端，第二速率陀螺仪与外框转轴相连且第二速率陀螺仪设在外框转轴的轴端，第一速率陀螺仪用于采集中框转轴的速度信息且产生差分数字信号，第二速率陀螺仪用于采集外框转轴的速度信息且产生差分数字信号。具体地，本申请中的第一速率陀螺仪和第二速率陀螺仪产生的差分数字信号为RS422差分数字信号。可以理解地是，本申请对速率陀螺仪的型号和类型不做具体限定，因本申请中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三轴转台超速保护系统，所述转台包括内框转轴、外框转轴和中框转轴，其特征在于，所述保护系统包括：第一速率陀螺仪和第二速率陀螺仪，所述第一速率陀螺仪与所述中框转轴相连且所述第一速率陀螺仪设在所述中框转轴的轴端，所述第二速率陀螺仪与所述外框转轴相连且所述第二速率陀螺仪设在所述外框转轴的轴端，所述第一速率陀螺仪用于采集所述中框转轴的速度信息且产生差分数字信号，所述第二速率陀螺仪用于采集所述外框转轴的速度信息且产生差分数字信号；直流测速机，所述直流测速机与所述内框转轴相连且所述直流测速机设在所述内框转轴的轴端，所述直流测速机用于采集所述内框转轴的速度信息且产生电压模拟信号；第一信号转换器，所述第一信号转换器与所述第一速率陀螺仪和第二速率陀螺仪相连，所述第一信号转换器用于将所述第一速率陀螺仪和第二速率陀螺仪产生的差分数字信号转换为第一单端数字信号；第二信号转换器，所述第二信号转换器与所述直流测速机相连，所述第二信号转换器用于将所述直流测速机产生的电压模拟信号转换为第二单端数字信号；FPGA解码器，所述FPGA解码器分别与所述第一信号转换器和第二信号转换器相连，且所述FPGA解码器适于与上位机相连；驱动器，所述驱动器与所述FPGA解码器相连，所述驱动器用于驱动所述内框转轴、外框转轴和中框转轴转动。2.根据权利要求1所述的三轴转台超速保护系统，其特征在于，所述第一信号转化器为差分单端转换器，所述第二信号转换器为高精度AD转换器。3.根据权利要求1或2所述的三轴转台超速保护系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述FPGA解码器相连，所述控制器用于转台的闭环控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕兴伟，唐伟国，管桦，李猛，胡泓，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：