CN104035460A - 一种半球谐振陀螺组合的温控电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半球谐振陀螺组合温控电路，包括温控采集单元、控制单元、驱动单元，控制单元一端与温控采集单元相连，另一端与驱动单元相连通，驱动单元与贴在陀螺上的加热片相连接。采用温度转换成脉冲数的数字化方式，对采集的信息在现场可编程逻辑门阵列电路FPGA中进行比例积分微分PID控制算法处理，然后再输出脉宽调制PWM波形来控制加热片的输出电流。本发明将陀螺组合的温度变化控制在精度范围内，给陀螺组合提供一个稳定的温度环境，减小了陀螺输出噪声和漂移，提高陀螺的使用精度。

Description

一种半球谐振陀螺组合的温控电路

技术领域

本发明涉及卫星姿态控制技术，尤其是用于卫星的半球谐振陀螺组合的温控电路。

背景技术

半球谐振陀螺组合是卫星姿轨控分系统的重要敏感器件，用于敏感卫星星体的惯性角速度，输出其在星体坐标系上的分量，为卫星各个工作模式和飞行阶段提供连续的三轴惯性角速度信息。半球陀螺谐振子工作温度的变化会引起陀螺的漂移，主要表现在不同温度下启动的零偏不稳定性不一致，输出带有较明显的趋势项，以及连续工作条件下的温度影响延时性。

现有的陀螺组合通常存在以下的不足，一是采用传统的笛卡尔直角坐标系的支架结构，从而造成每个陀螺仪的温度梯度存在很大的差异性，不利于组合的温度控制。因此有关科技人员正着手对支架结构进行改进；二是现有的温度信息采集是采用将温度变化通过惠更斯电桥转换成电压信号，再通过模数转换器转换成数字信号，由于模数转换器无法实现，高效率，所以抗干扰能力差。三是现有的温度控制在整个使用环境中温控点不可变，会造成在低温环境下温控功耗很大，给系统电源造成严重负担。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术不足，提供一种半球谐振陀螺组合的温控电路，所述的温控电路能够给陀螺提供一个稳定的温度环境，能有效地减小陀螺输出噪声和漂移。

为达到上述目的，本发明的一种半球谐振陀螺组合的温控电路，包括温控采集单元、控制单元、驱动单元，控制单元一端与温控采集单元相连，另一端与驱动单元相连通，驱动单元与贴在陀螺上的加热片相连接。通过陀螺的温度变化经加热片转换成温控采集单元的电压变换，再将电压变化经控制单元转换成脉冲数变化，脉冲数经过软件比例积分微分算法输出脉宽调制波形来驱动温控驱动单元上的功率场效应管，从而控制加热片的通断时间来控制平均电流。将组合的温度变化控制在精度范围内，从而给陀螺提供一个稳定的温度环境。

所述的温控采集单元包括电桥电路，电桥电路一端与控制单元相连，另一端与陀螺仪上热敏电阻相连通。温控信息采集单元将温度变化引起热敏电阻的阻值变化，从而使得温控采集电路板上电桥电路的电压变化。

所述的控制单元包括VF转换电路、电源电路、FPGA电路、RS422串口通信电路，电源电路与 VF转换电路、FPGA电路相连，VF转换电路与温控采集单元的电桥电路相连通，FPGA电路的一端与RS422串口通信电路、外部计算机板相连，另一端通过输出PWM波形与驱动单元的放大电路相连通。温控采集电路板上电桥电路的电压变化经过VF转换电路将其转变成数字脉冲信号，脉冲信号传输到FPGA电路进行控制运算。将设定的温度控制点的脉冲数通过RS422串口通信电路以指令的形式设置到可编程逻辑阵列的比例积分微分控制算法中，从而实现温度控制点的灵活变化。

所述的驱动单元包括放大电路、功率放大电路，功率放大电路一端与放大电路相连，另一端与贴在陀螺上的加热片相连接。

本发明采用的电路，与现有技术相比，其优点和有益效果是：

将陀螺的温度变化控制在精度范围内，给陀螺提供一个稳定的温度环境，减小了陀螺输出噪声和漂移，提高陀螺的使用精度。

附图说明

图1是本发明半球谐振陀螺组合的温控电路框图；

图2是本发明的半球谐振陀螺组合温控件安装示意图。

图中，半球谐振陀螺仪1、加热片2、热敏电阻3、支架4、温控采集板5、温控驱动板6、电桥电路11、VF转换电路22、电源电路33、FPGA电路44、放大电路55、功率放大电路66、RS422串口通信电路77。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，为本发明半球谐振陀螺组合的温控电路框图，包括温控采集单元、控制单元、驱动单元，控制单元一端与温控采集单元相连，另一端与驱动单元相连通，驱动单元与贴在陀螺上的加热片2相连接。通过温度变化转换成电压变换，再将电压变化转换成脉冲数变化，脉冲数经过软件比例积分微分算法输出脉宽调制波形来驱动温控驱动板上的功率场效应管，再控制加热片2的通断时间来控制平均电流。将陀螺组合的温度变化控制在精度范围内，从而给陀螺组合提供一个稳定的温度环境，减小了陀螺组合的输出噪声和漂移，提高陀螺组合的使用精度。

温控采集单元包括电桥电路11，电桥电路11一端与控制单元相连，另一端与陀螺仪上热敏电阻3相连通。陀螺的温度变化引起热敏电阻3的电阻变化，从而使得温控采集电路单元上电桥电路11的电压变化。

控制单元包括VF转换电路22、电源电路33、FPGA电路44、RS422串口通信电路77，电源电路33与 VF转换电路22、FPGA电路44相连，VF转换电路22与温控采集单元的电桥电路11相连通，FPGA电路44的一端与RS422串口通信电路77、外部计算机板相连，另一端通过输出PWM波形与驱动单元的放大电路55相连通。温控采集单元上电桥电路11的电压变化经过VF转换电路22将其转变成数字脉冲信号，实现的数字采样，增加信号的抗干扰能力。脉冲信号传输到可编程逻辑门阵列FPGA电路44进行控制运算。将设定的温度控制点的脉冲数通过RS422串口通信电路77以指令的形式设置到可编程逻辑阵列的比例积分微分控制算法中，然后通过PID算法处理后，从而实现温度控制点的灵活变化。

驱动单元包括放大电路55、功率放大电路66，功率放大电路66一端与放大电路55相连，另一端与贴在陀螺上的加热片2相连接。温控采集单元输出的电压经过VF转换电路22转换成脉冲数，并与现场可编程逻辑门阵列中于事先设定的温度控制点进行比较，再经过比例积分微分算法处理后，输出脉宽调制PWM波形，然后输出到温控驱动单元。PWM波形先经过温控驱动单元的放大电路55放大，以此来控制功率场效应管66的开断，从而控制安装在陀螺1上的加热片2中电流的通断，以达到温度控制的目的。

如图2所示，为本发明的半球谐振陀螺组合温控件安装示意图，三个正交一个斜装方式的四个半球谐振陀螺仪1（简称陀螺）安装在三面对称的支架4上，热敏电阻3通过四个螺钉安装在陀螺1上，用于测量陀螺1温度变化，作为温度控制的采集输入变化量。加热片2贴在陀螺1的法兰盘平面上，用加热片2的通断时间来控制平均电流。将陀螺1的温度变化控制在精度范围内，从而给陀螺1提供一个稳定的温度环境。在两个陀螺1之间的支架4侧板上，其中两个侧板分别装有一块温控采集单元的温控采集板5、在另一支架4侧板上装有一块温控单元的温控驱动板6。温控采集板5上的温控采集单元将温度变化转换成数字脉冲信号；温控驱动板6上的温控单元将控制单元输出的PWM波形放大，通过陀螺1上的加热片2中电流的通断来控制温度。

Claims (4)

1.一种半球谐振陀螺组合温控电路，其特征在于：包括温控采集单元、控制单元、驱动单元，控制单元一端与温控采集单元相连，另一端与驱动单元相连通，驱动单元与贴在陀螺上的加热片[2]相连接。

2.根据权利要求1所述的半球谐振陀螺组合温控电路，其特征在于：所述的温控采集单元包括电桥电路[11]，电桥电路[11]一端与控制单元相连，另一端与热敏电阻[3]相连通。

3.根据权利要求1所述的半球谐振陀螺组合温控电路，其特征在于：所述的控制单元包括VF转换电路[22]、电源电路[33]、FPGA电路[44]、RS422串口通信电路[77]，电源电路[33]与 VF转换电路[22]、FPGA电路[44]相连，VF转换电路[22]与温控采集单元的电桥电路[11]相连通，FPGA电路[44]的一端与RS422串口通信电路[77]、外部计算机板相连，另一端通过输出PWM波形与驱动单元的放大电路[55]相连通。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的半球谐振陀螺组合温控电路，其特征在于：所述的驱动单元包括放大电路[55]、功率放大电路[66]，功率放大电路[66]一端与放大电路[55]相连，另一端与贴在陀螺上的加热片相连接。