CN102072727A - 一种数字控制陀螺罗经 - Google Patents

Abstract

一种数字控制陀螺罗经，涉及惯性导航设备领域，属于自动寻北仪器。数字控制陀螺罗经是一种自动寻北装置。比较电控陀螺罗经，数字控制陀螺罗经具有更稳定、可靠，补偿精确等优点。它以陀螺罗经寻北原理及数学模型为基础，应用LPC2294单片机(ARM)的硬件和软件技术，实现了系统的罗经功能。在陀螺补偿控制方面采用了恒流源结合PDM调宽和单片机技术。在与其它外部设备信息交流方面采用了0183串口、CAN网传输的技术。

Description

一种数字控制陀螺罗经

技术领域：

一种数字控制陀螺罗经，涉及的是惯性导航设备领域，属于自动寻北仪器。

背景技术

目前，电控陀螺罗经主要技术特点是在罗经寻北和陀螺补偿控制方式上均采用古老的模拟电路控制技术，其控制方式已经远远落后于目前先进的数字控制方式。新型的数字控制陀螺罗经大量采用了数字控制技术，使控制方式更为先进。

数字控制陀螺罗经与电控陀螺罗经比较，具有以下几大优点：

1)更稳定、可靠；

2)全方位快速稳定(30min内快速稳定)

3)改变了补偿方式，对陀螺水平轴及垂直轴漂移进行精确补偿；

4)具有航速自动或手动接收功能；

5)具有多种航向信息发送功能。

发明内容

新型数字控制陀螺罗经的设计以电罗经基本原理为技术基础，在系统控制、回路设计、对外通讯等方面采用了先进的数字技术，使系统与外界的信息交流更加便捷。同时，系统可靠性得到了提升，应用领域更加广泛。新型数字控制陀螺罗经在系统控制技术方面主要有以下三个创新点：

1、硬件部分技术设计：利用了单片机(ARM)中的A/D、PWM和并口，实现电磁摆信号采集、启动信号采集；应用单片机、恒流源、换向开关电路，实现陀螺施控和误差补偿。

2、数模、软件部分技术设计：利用下述“陀螺力矩器施控方程”和ARM软件技术，对陀螺进行施控和误差补偿，实现了系统的修平、快稳、罗经、方位仪功能。

3、通讯部分技术设计：应用了单片机(ARM)中的并口、实现了系统内部的伺服电路启动、台体风机停转和故障检测报警的控制；应用了串口和CAN网接口，实现了数据的传输。陀螺力矩器施控方程：

I_y＝{K_y×θ+Kc∫θdt}/L_y---------------------(1)

I_z＝{K_z×θ+[ω_y+(VcosK)/R]×H}/L_z----(2)

附图说明

图1数字控制陀螺罗经基本原理图

图2方位、水平伺服电路模块功能原理图

图3系统控制及数字收发送模块功能原理图

图4显示、操作模块功能及原理

图5显示、操作模块功能操作面板图

具体实施方式

数字控制陀螺罗经主要由陀螺仪、电磁摆、自整角机、水平支架、方位支架、执行电机、模拟发送模块和以下三大模块(电路板)

组成。

1)方位、水平伺服电路模块；

2)系统控制及数字收发送模块；

3)显示、操作模块；

方位、水平伺服电路模块功能及原理

方位、水平伺服电路模块采用脉冲调宽式和PID控制技术，它主要完成方位、水平环的跟踪控制。同时，按系统控制要求实现启动、转位的控制和报警、故障的检测、传输。其原理见图2。

系统控制及数字收发送模块功能及原理

此模块采用了单片计算机，它与其它接口芯片和单片机配合实现如下功能：

第一，部分并口用于读取航向角转换模块数据，并将数据通过CAN网传输给航向发送箱，完成航向角转换和传输.

第二，通过六个RS422串口和单片机的串口，实现陀螺仪温度控制模块、外部设备(航向、速度、纬度信息)和显示、操作模块的信息交流。利用单片机中的脉冲计算器和INT端，获取外部设备速度信息(200个脉冲/节)和1秒时同步脉冲信息。第三，通过单片机中的A/D、DSP、PWM和并口，实现电磁摆信号采集、启动信号采集；实现误差计算、陀螺仪施控电流和罗经等功能的控制；实现方位(水平)伺服电路板启动(转位、报警)、台体风机、三相电源的控制和故障检测、数据传输。其原理见图3：

显示、操作模块功能及原理

显示、操作模块采用1位“米”字位、1位“符号”位、4位八划显示和5个输入键，由51单片机进行管理，通过RS422串口与单片计算机进行通讯，将系统操作命令和装订参数传递给系统控制及数字收发送模块。其原理见图4、操作面板见图5。

新型数字控制陀螺罗经在上述三个技术基础上结合陀螺等其它技术，按“数字控制陀螺罗经基本原理图”进行设计、制造其有益效果是：

1)应用单片机、恒流源、换向开关电路和陀螺力矩器施控方程，实现对陀螺施控和误差补偿。

2)应用上述三个技术创新点进行设计、制造出的系统将更可靠、稳定，系统与外界的信息交流更加便捷。

Claims (4)

1.一种数字控制陀螺罗经，它由陀螺、伺服电路板、系统控制电路板、显示操作板、温度控制板、电源及电源控制板等部件组成。其特征是：以陀螺罗经寻北原理及数学模型为基础，应用LPC2294单片机(ARM)的硬件和软件技术，实现系统的罗经功能；在陀螺补偿控制方面采用了恒流源结合PDM调宽和单片机技术。

2.按照权利要求1所述的一种数字控制陀螺罗经，其特征在于：利用了LPC2294单片机(ARM)中的A/D、PWM和并口，实现电磁摆信号采集、启动信号采集；应用单片机、恒流源、换向开关电路，实现陀螺施控和误差补偿。

3.按照权利要求1所述的一种数字控制陀螺罗经，其特征在于：利用“陀螺力矩器施控方程”和ARM软件技术，对陀螺进行施控和误差补偿，实现了系统的修平、快稳、罗经、方位仪功能。

4.按照权利要求1所述的一种数字控制陀螺罗经，其特征在于：应用了LPC2294单片机(ARM)的并口、实现了系统内部的伺服电路启动、台体风机停转和故障检测报警的控制：应用了串口和CAN网接口，实现了数据的传输。

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