CN104280033A - 基于捷联式惯导系统的转位机构及电磁锁故障检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的基于捷联式惯导系统的转位机构及电磁锁故障检测方法，转位控制模块的检测电源输出口输出检测信号给力矩电机的电源端，控制力矩电机的驱动轴进行转动；然后转位控制模块获取所述旋转变压器测得的位置信息，解析出台面转动的角度，判断台面转动的角度是否满足预设的检测合格阀值，如果是，确定电磁锁正常；否则，确定电磁锁故障。本发明增加了自动检测电磁锁故障情况的功能，提高了惯导系统的可靠性。解决了现有技术依靠人工检查电磁锁故障的方法中存在的准确性差，效率低，耗时长，人工成本高的问题。

Description

基于捷联式惯导系统的转位机构及电磁锁故障检测方法
技术领域
本发明属于惯性导航领域，特别涉及基于捷联式惯导系统的转位机构。
背景技术
捷联式惯导系统是利用速率陀螺对地球转速在不同方位上水平分量的测量值来计算寻北的。捷联式光纤陀螺惯导系统把速率陀螺作为角速度测量工具使用，再利用加速度计来测量水平姿态，捷联式惯导系统就可在倾斜状态下寻北。因此捷联式惯导系统比较适合车载使用，能够在倾斜状态下自主寻北是捷联式惯导系统的重要功能与应用价值之一。
由于加速度计和陀螺都有一定的零偏及标度因数不稳定性误差，因而其测量值都是带有误差的，为挖掘惯性器件的精度潜力，常将陀螺和加速度计安装在转位机构的台面上，其敏感轴均与转位机构的台面平行，利用陀螺和加速度计在转位机构的台面不同方位上依次测量出地球自转角速度分量和重力加速度分量，再通过联立求解得到载体三维姿态角。这种多位置寻北方法的优点是在静态寻北过程中可准确测量出陀螺与加速度计的零偏误差（即常值漂移）并加以补偿，从而可显著提高寻北精度。
现有技术中的转位机构由力矩电机、台面、旋转变压器、电磁锁、转位控制模块组成。力矩电机的驱动轴与台面的底部连接，用于带动台面随驱动轴的转动而转动。旋转变压器起着角度位置传感和测量的作用，利用它实时测量出转位机构的台面的位置信息。旋转变压器具有无可比拟的可靠性，非常好的抗恶劣环境的能力，以及具有足够高的精度。台面上与力矩电机的连接处还安装有齿轮形的定位盘，电磁锁的锁芯对准定位盘设置。电磁锁的作用是当转位机构的台面转动到达目标角度，转位控制模块控制电磁锁的锁芯弹出，锁芯卡在定位盘的锯齿中，从而锁住转位机构的台面进行转动，确保其在该位置下不会因外在因素而造成晃动，保障在该位置所采集的光纤陀螺信号及加速度计信号的准确性。转位控制模块由A/D采样、旋变解算、PID计算电机控制量、D/A转换四部分组成。A/D采集的作用是采集旋转变压器精机正弦、精机余弦、粗机正弦、粗机余弦信号的模拟量，将其转换成数字量；旋变解算即由A/D采样得到的值解算出当前时刻的旋变真值；PID计算电机控制量即根据当前旋变真值与设定的转位目标值利用PID调节控制算法计算出当前的电机控制的数字量；D/A转换即根据PID计算出的电机控制数字量送入D/A，转换出相应的模拟电压控制电机转动。
转位机构的一个完整转位过程为：当转位控制模块收到服务器发来的转位指令时，转位控制模块首先控制电磁锁开启，然后控制力矩电机进行转动，从而带动转位机构的台面转动到达目标角度，当转动到位时，转位控制模块控制电磁锁的锁芯弹出，使其锁住转位机构的台面的转动，确保其不因外在因素而造成转位机构的台面的晃动，保证在该位置所采集到的光纤陀螺信号和加速度计信号的准确性。
但是电磁锁使用一段时间后，由于生锈等各种原因，磁性就会大大地降低，就会导致电磁锁故障，难以正常开锁关锁。电磁锁故障也就导致捷联式惯导系统寻北失败。因此，工作人员每隔一段时间就需要检查电磁锁是否故障。随着自动化管理的快速发展，这种依靠人工检查电磁锁故障的方法，大多数根据工作人员的经验进行判断，因此存在人为操作误差，准确性差，效率低，耗时长，人工成本高，不符合自动化管理的要求。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供基于捷联式惯导系统的转位机构，能够自动检测电磁锁的故障情况，以解决现有技术依靠人工检查电磁锁故障的方法中存在的准确性差，效率低，耗时长，人工成本高的问题。
本发明的另一个目的还在于提供基于该捷联式惯导系统的转位机构的电磁锁故障检测方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
基于捷联式惯导系统的转位机构，包括力矩电机，旋转变压器，台面，电磁锁以及转位控制模块，所述力矩电机的电源端与转位控制模块的检测电源输出口相连接；
转位控制模块用于通过其检测电源输出口输出检测信号给力矩电机的电源端，控制力矩电机的驱动轴进行转动；还用于获取所述旋转变压器测得的位置信息，解析出台面转动的角度，判断台面转动的角度是否满足预设的检测合格阀值，如果是，确定电磁锁正常，否则，确定电磁锁故障。
作为上述转位机构的进一步优化，所述转位控制模块还用于在检测所述电磁锁故障时，生成该电磁锁的检测结果报告，并将该检测结果报告通过串口上传给服务器，供服务器实时获取电磁锁的检测情况。
一种基于捷联式惯导系统的转位机构的电磁锁故障检测方法，由上述的基于捷联式惯导系统的转位机构运行；所述检测合格阀值包括开锁检测阀值；所述电磁锁故障检测方法包括开锁检测进程，其步骤为：转位控制模块的检测电源输出口输出开锁检测信号给力矩电机的电源端，施加时间大于或等于预设的开锁检测时间，转位控制模块获取所述旋转变压器测得的位置信息，解析出所述台面转动的角度，判断台面转动的角度是否大于开锁检测阀值，如果是，确定电磁锁正常，否则确定电磁锁故障。
作为上述电磁锁故障检测方法的进一步优化，所述开锁检测进程的步骤具体为：
1）启动开锁检测进程，开启计时器计时，转位控制模块实时获取旋转变压器测得的位置信息；
2）转位控制模块获取首次旋转变压器测得的位置信息，解析出台面转动的原始角度，开启计时器计时，从检测电源输出口输出开锁检测信号给力矩电机的电源端；
3）当转位控制模块再次获取到旋转变压器测得的位置信息时，解析出台面转动的角度，判断该角度与原始角度的差值是否大于开锁检测阀值；如果是，执行步骤4，否则，执行步骤5；
4）确定电磁锁正常，开锁成功，关闭计时器，结束开锁检测进程；
5）转位控制模块判断计时器是否达到预设的开锁检测时间，如果不是，返回步骤3；如果是，确定电磁锁故障，关闭计时器，结束开锁检测进程。
作为上述电磁锁故障检测方法的进一步优化，所述开锁检测信号为-1.3V~-1V的电压信号；所述开锁检测时间为0.4秒~0.5秒；所述开锁检测阀值为1.5°~2.0°。
另一种基于捷联式惯导系统的转位机构的电磁锁故障检测方法，由上述的基于捷联式惯导系统的转位机构运行，所述检测合格阀值包括关锁检测阀值；所述电磁锁故障检测方法包括关锁检测进程，其步骤为：转位控制模块的检测电源输出口输出关锁检测信号给力矩电机的电源端，施加时间大于或等于预设的关锁检测时间，转位控制模块获取所述旋转变压器测得的位置信息，解析出台面转动的角度，判断所述台面转动的角度是否小于关锁检测阀值，如果是，确定电磁锁正常，否则确定电磁锁故障。
作为上述电磁锁故障检测方法的进一步优化，所述关锁检测进程的步骤具体为：
1）启动关锁检测进程，开启计时器计时，转位控制模块实时获取旋转变压器测得的位置信息；
2）转位控制模块获取首次旋转变压器测得的位置信息，解析出台面转动的原始角度，开启计时器计时，从检测电源输出口输出关锁检测信号给力矩电机的电源端；
3）当转位控制模块再次获取到旋转变压器测得的位置信息时，解析出台面转动的角度，判断该角度与原始角度的差值是否小于关锁检测阀值；如果是，执行步骤4，否则，执行步骤5；
4）确定电磁锁正常，关锁成功，关闭计时器，结束关锁检测进程；
5）转位控制模块判断计时器是否达到预设的关锁检测时间，如果不是，返回步骤3；如果是，确定电磁锁故障，关闭计时器，结束关锁检测进程。
作为上述电磁锁故障检测方法的进一步优化，所述关锁检测信号为1.0V~1.5V的电压信号；所述关锁检测时间为0.4秒~0.5秒；所述关锁检测阀值为0.5°~1°。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的基于捷联式惯导系统的转位机构及电磁锁故障检测方法，增加了自动检测电磁锁故障情况的功能，提高了惯导系统的可靠性。解决了现有技术依靠人工检查电磁锁故障的方法中存在的准确性差，效率低，耗时长，人工成本高的问题。
2、本发明提供的基于捷联式惯导系统的转位机构，实时上报电磁锁检测情况给服务器，有利于服务器掌握转位机构中电磁锁的开关锁操作，增强该部分的可控性。
3、本发明提供的基于捷联式惯导系统的转位机构及电磁锁故障检测方法，完全由软件实现电磁锁检测功能，不增加任何硬件。
附图说明
图1是本发明基于捷联式惯导系统的转位机构的结构示意图。
图2是本发明开锁检测进程的流程图。
图3是本发明关锁检测进程的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
基于捷联式惯导系统的转位机构，如图1所示，包括力矩电机，旋转变压器，台面，电磁锁以及转位控制模块，所述力矩电机的电源端与转位控制模块的检测电源输出口相连接；
转位控制模块用于通过其检测电源输出口输出检测信号给力矩电机的电源端，控制力矩电机的驱动轴进行转动，并获取所述旋转变压器测得的位置信息，解析出台面转动的角度，判断台面转动的角度是否满足预设的检测合格阀值，如果是，确定电磁锁正常，否则，确定电磁锁故障。
本转位机构通过驱动力矩电机的驱动轴转动，同时根据台面转动的角度来确定电磁锁是否正常工作。操作简单，且整个自动检测电磁锁故障的功能完全由软件实现电磁锁检测功能，不增加任何硬件，提高了惯导系统的可靠性。解决了现有技术依靠人工检查电磁锁故障的方法中存在的准确性差，效率低，耗时长，人工成本高的问题。
为了使该自动检测电磁锁故障的功能更具实施性，明确施加的检测信号大小、检测信号施加时间长短与转位机构转动角度之间的关系，由试验得到以下数据：当给力矩电机的电源端施加0.5s的+1v或-1v检测信号时，转位机构的台面将转动103°~120°；当给力矩电机的电源端施加0.4s的+1.2v或-1.2v试验电压，转位机构的台面将转动98°~113°；当给力矩电机的电源端施加0.4s的+1.5v或-1.5v试验电压，转位机构的台面将转动139°~156°。
本实施例中，所述转位控制模块还用于在检测所述电磁锁故障时，生成所述电磁锁的检测结果报告，并将该检测结果报告通过串口上传给服务器，供服务器实时获取电磁锁的检测情况。工作人员可以通过上报到服务器的检测结果报告实时了解电磁锁的故障情况，这样便能及时地对出现故障的电磁锁进行维修。不需要工作人员实地对电磁锁进行检测，节省人力成本，效率高。同时，实时上报也有利于服务器掌握转位机构中电磁锁的开关锁操作，增强该部分的可控性。具体实施时，检测结果报告包含有电磁锁的检测正常或故障的信息。
本实施例分为下面两种情况说明基于上述捷联式惯导系统的转位机构电磁锁故障检测方法。选用的齿轮形的定位盘，其齿距对应的弧度为1°。
第一种情况，如图2所示，所述检测合格阀值包括开锁检测阀值；所述电磁锁故障检测方法包括开锁检测进程，其步骤为：转位控制模块的检测电源输出口输出开锁检测信号给力矩电机的电源端，施加时间大于或等于预设的开锁检测时间，转位控制模块获取所述旋转变压器测得的位置信息，解析出所述台面转动的角度，判断台面转动的角度是否大于开锁检测阀值，如果是，确定电磁锁正常，否则确定电磁锁故障。
所述开锁检测进程的步骤具体为：
1）启动开锁检测进程，开启计时器计时，转位控制模块实时获取旋转变压器测得的位置信息；
2）转位控制模块获取首次旋转变压器测得的位置信息，解析出台面转动的原始角度，开启计时器计时，从检测电源输出口输出开锁检测信号给力矩电机的电源端；
3）当转位控制模块再次获取到旋转变压器测得的位置信息时，解析出台面转动的角度，判断该角度与原始角度的差值是否大于开锁检测阀值；如果是，执行步骤4，否则，执行步骤5；
4）确定电磁锁正常，开锁成功，关闭计时器，结束开锁检测进程；
5）转位控制模块判断计时器是否达到预设的开锁检测时间，如果不是，返回步骤3；如果是，确定电磁锁故障，关闭计时器，结束开锁检测进程。
所述开锁检测信号为-1.3V~-1V的电压信号；所述开锁检测时间为0.4秒~0.5秒；所述开锁检测阀值为1.5°~2.0°。
开锁检测阀值由齿轮形的定位盘的齿距对应的弧度来确定。在力矩电机驱动台面转动的情况下，如果台面转动的角度超过定位盘的齿距对应的弧度时，可以认为电磁锁属于开锁状态，其锁芯没有卡在定位盘的锯齿中。如果台面转动的角度小于定位盘的齿距对应的弧度时，可以认为电磁锁属于关锁状态，其锁芯卡在定位盘的锯齿中。
开锁检测进程为转位控制模块接收到服务器的开锁命令时，控制电磁锁开锁后处理的流程。当电磁锁属于开锁状态时，转位控制模块判断台面转动角度大于开锁检测阀值时，认为开锁成功。否则，认为电磁锁仍处于关锁，出现故障。具体实施时，开锁检测阀值应略大于该定位盘的齿距对应的弧度，优选为1.5°。开锁检测时间的设置应满足国标中对转为机构完成一次转位消耗时间的要求（一般为10秒），因此，开锁检测时间不应太长，优选为0.4秒。开锁检测进程还可以生成开锁故障状态字，开锁故障状态字用于标识开锁成功或电磁锁故障。将该状态字上报给服务器，以便工作人员了解该电磁锁的故障情况。
第二种情况，如图3所示，所述检测合格阀值包括关锁检测阀值；所述电磁锁故障检测方法包括关锁检测进程，其步骤为：转位控制模块的检测电源输出口输出关锁检测信号给力矩电机的电源端，施加时间大于或等于预设的关锁检测时间，转位控制模块获取所述旋转变压器测得的位置信息，解析出台面转动的角度，判断所述台面转动的角度是否小于关锁检测阀值，如果是，确定电磁锁正常，否则确定电磁锁故障。
所述关锁检测进程的步骤具体为：
1）启动关锁检测进程，开启计时器计时，转位控制模块实时获取旋转变压器测得的位置信息；
2）转位控制模块获取首次旋转变压器测得的位置信息，解析出台面转动的原始角度，开启计时器计时，从检测电源输出口输出关锁检测信号给力矩电机的电源端；
3）当转位控制模块再次获取到旋转变压器测得的位置信息时，解析出台面转动的角度，判断该角度与原始角度的差值是否小于关锁检测阀值；如果是，执行步骤4，否则，执行步骤5；
4）确定电磁锁正常，关锁成功，关闭计时器，结束关锁检测进程；
5）转位控制模块判断计时器是否达到预设的关锁检测时间，如果不是，返回步骤3；如果是，确定电磁锁故障，关闭计时器，结束关锁检测进程。
所述关锁检测信号为1.0V~ 1.5V的电压信号；所述关锁检测时间为0.4秒~0.5秒；所述关锁检测阀值为0.5°~1°。
关锁检测阀值由齿轮形的定位盘的齿距对应的弧度来确定。如果电磁锁正常关锁时，不管给力矩电机提供多大的检测信号，检测到的台面转动的角度不应大于定位盘的齿距对应的弧度。但是为了保证不烧坏力矩电机，检测信号幅值不应太大，宜为1.5V。关锁检测时间的设置应满足国标中对转为机构完成一次转位消耗时间的要求（一般为10秒），因此，关锁检测时间不应太长，优选为0.4秒。
关锁检测进程为转位控制模块接收到服务器的关锁命令时，控制电磁锁关锁后处理的流程。当电磁锁属于关锁状态时，转位控制模块判断台面转动角度大于开锁检测阀值（即定位盘的齿距对应的弧度）时，认为电磁锁并没有成功关锁，出现故障。具体实施时，关锁检测进程还可以生成关锁故障状态字，关锁故障状态字用于标识关锁成功或电磁锁故障。将该状态字上报给服务器，以便工作人员了解该电磁锁的故障情况。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.基于捷联式惯导系统的转位机构，其特征在于，包括力矩电机，旋转变压器，台面，电磁锁以及转位控制模块，所述力矩电机的电源端与转位控制模块的检测电源输出口相连接；
转位控制模块用于通过其检测电源输出口输出检测信号给力矩电机的电源端，控制力矩电机的驱动轴进行转动；还用于获取所述旋转变压器测得的位置信息，解析出台面转动的角度，判断台面转动的角度是否满足预设的检测合格阀值，如果是，确定电磁锁正常，否则，确定电磁锁故障。
2.如权利要求1所述的基于捷联式惯导系统的转位机构，其特征在于，所述转位控制模块还用于在检测所述电磁锁故障时，生成该电磁锁的检测结果报告，并将该检测结果报告通过串口上传给服务器，供服务器实时获取电磁锁的检测情况。
3.基于捷联式惯导系统的转位机构的电磁锁故障检测方法，其特征在于，由权利要求1或2所述的基于捷联式惯导系统的转位机构运行；所述检测合格阀值包括开锁检测阀值；所述电磁锁故障检测方法包括开锁检测进程，其步骤为：转位控制模块的检测电源输出口输出开锁检测信号给力矩电机的电源端，施加时间大于或等于预设的开锁检测时间，转位控制模块获取所述旋转变压器测得的位置信息，解析出所述台面转动的角度，判断台面转动的角度是否大于开锁检测阀值，如果是，确定电磁锁正常，否则确定电磁锁故障。
4.如权利要求3所述的基于捷联式惯导系统的转位机构的电磁锁故障检测方法，其特征在于，所述开锁检测进程的步骤具体为：
1）启动开锁检测进程，开启计时器计时，转位控制模块实时获取旋转变压器测得的位置信息；
2）转位控制模块获取首次旋转变压器测得的位置信息，解析出台面转动的原始角度，从检测电源输出口输出开锁检测信号给力矩电机的电源端；
3）当转位控制模块再次获取到旋转变压器测得的位置信息时，解析出台面转动的角度，判断该角度与原始角度的差值是否大于开锁检测阀值；如果是，执行步骤4，否则，执行步骤5；
4）确定电磁锁正常，开锁成功，关闭计时器，结束开锁检测进程；
5）转位控制模块判断计时器是否达到预设的开锁检测时间，如果不是，返回步骤3；如果是，确定电磁锁故障，关闭计时器，结束开锁检测进程。
5.如权利要求3所述的基于捷联式惯导系统的转位机构的电磁锁故障检测方法，其特征在于，所述开锁检测信号为-1.3V~-1V的电压信号；所述开锁检测时间为0.4秒~0.5秒；所述开锁检测阀值为1.5°~2.0°。
6.基于捷联式惯导系统的转位机构的电磁锁故障检测方法，其特征在于，由权利要求1或2所述的基于捷联式惯导系统的转位机构运行，所述检测合格阀值包括关锁检测阀值；所述电磁锁故障检测方法包括关锁检测进程，其步骤为：转位控制模块的检测电源输出口输出关锁检测信号给力矩电机的电源端，施加时间大于或等于预设的关锁检测时间，转位控制模块获取所述旋转变压器测得的位置信息，解析出台面转动的角度，判断所述台面转动的角度是否小于关锁检测阀值，如果是，确定电磁锁正常，否则确定电磁锁故障。
7.如权利要求6所述的基于捷联式惯导系统的转位机构的电磁锁故障检测方法，其特征在于，所述关锁检测进程的步骤具体为：
1）启动关锁检测进程，开启计时器计时，转位控制模块实时获取旋转变压器测得的位置信息；
2）转位控制模块获取首次旋转变压器测得的位置信息，解析出台面转动的原始角度，从检测电源输出口输出关锁检测信号给力矩电机的电源端；
3）当转位控制模块再次获取到旋转变压器测得的位置信息时，解析出台面转动的角度，判断该角度与原始角度的差值是否小于关锁检测阀值；如果是，执行步骤4，否则，执行步骤5；
4）确定电磁锁正常，关锁成功，关闭计时器，结束关锁检测进程；
5）转位控制模块判断计时器是否达到预设的关锁检测时间，如果不是，返回步骤3；如果是，确定电磁锁故障，关闭计时器，结束关锁检测进程。
8.如权利要求6所述的基于捷联式惯导系统的转位机构的电磁锁故障检测方法，其特征在于，所述关锁检测信号为1.0V~1.5V的电压信号；所述关锁检测时间为0.4秒~0.5秒；所述关锁检测阀值为0.5°~1°。
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