CN105115522A - 基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置,包括:转台台体,用于装载陀螺仪;转台控制柜,以根据转台实时角位置偏差信号对转台台体的进行运动闭环控制;壳体翻滚控制电路,与陀螺仪壳体相连,以控制陀螺仪本体相对于陀螺仪壳体做周期性旋转运动;陀螺控制柜,与陀螺仪、转台控制柜和壳体翻滚控制电路相连,以对陀螺仪进行监测和控制,并获取壳体翻滚角度和陀螺偏角信号,以及根据陀螺偏角信号生成转台运动角位置增量指令;陀螺测试机柜,与转台台体和转台控制柜相连,以根据转台台体的内、外环轴角度位置数据建立陀螺漂移误差模型,并输出陀螺仪漂移误差测试结果。本发明具有调试方便、鲁棒性强和可靠性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及惯性仪表误差测试技术领域,特别涉及一种基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置。
背景技术
静电陀螺仪是自由转子陀螺仪,没有传统转子陀螺仪中的力矩器,因此不能应用传统的力反馈法测试漂移误差模型。通常采用伺服法进行精度测试,试验时将陀螺仪安装在伺服测试转台上,转子处于自由工作状态,由于陀螺仪存在漂移误差,转子位置会发生变化,通过对转台进行伺服控制使转台实时跟踪陀螺仪转子,因此可以用转台的运动轨迹来表征静电陀螺仪转子的运动轨迹,从而实现对静电陀螺仪漂移误差的测试。
现有的静电陀螺仪漂移误差伺服测试装置的信号传输流程如图1所示,其中,转台工作于伺服控制模式,即转台运动闭环控制系统中以静电陀螺仪的角度输出传感器代替转台的测角传感器,陀螺仪作为闭环伺服控制系统的角度测量反馈元件来参与转台运动闭环控制。因此,转台伺服模式下运动闭环控制系统的性能受陀螺仪角度输出传感器的性能影响较大,由此带来的问题是系统调试困难,易造成转台超速,系统工作可靠性差,且不同陀螺仪角度输出传感器的性能不一致也会造成伺服控制系统的性能变化,当更换被测陀螺仪时还需要重新调整伺服系统参数,系统鲁棒性不好。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
为此,本发明的目的在于提出一种基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置,具有调试方便、鲁棒性强和可靠性高的优点。
为了实现上述目的,本发明的实施例提出了一种基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置,包括:转台台体,所述转台台体用于装载陀螺仪,所述陀螺仪包括陀螺仪本体和陀螺仪壳体;转台控制柜,所述转台控制柜与所述转台台体相连,以根据转台实时角位置偏差信号对所述转台台体的进行运动闭环控制;壳体翻滚控制电路,所述壳体翻滚控制电路与所述陀螺仪相连,以控制所述陀螺仪本体相对于所述陀螺仪壳体做周期性旋转运动;陀螺控制柜,所述陀螺控制柜分别与所述陀螺仪、转台控制柜和所述壳体翻滚控制电路相连,以对所述陀螺仪进行监测和控制,并获取壳体翻滚角度和陀螺偏角信号,以及根据所述陀螺偏角信号生成转台运动角位置增量指令;以及陀螺测试机柜,所述陀螺测试机柜分别与所述转台台体和所述转台控制柜相连,以根据转台台体的内、外环轴角度位置数据建立陀螺漂移误差模型,并输出陀螺仪漂移误差测试结果。
另外,根据本发明上述实施例的基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置还可以具有如下附加的技术特征:
在一些示例中,壳体角度解码电路,所述壳体角度解码电路与所述壳体翻滚控制电路相连,以向所述壳体翻滚控制电路发送壳体翻滚控制指令信号,并从所述壳体翻滚控制电路获取壳体角度编码信号;陀螺信号分解电路,所述陀螺信号分解电路用于获取所述陀螺仪的陀螺偏角信号,并对所述陀螺偏角信号进行正交分解,以得到陀螺分解信号;坐标变换模块,所述坐标变换模块分别与所述陀螺信号分解电路和所述壳体角度解码电路相连,以对所述陀螺分解信号进行坐标变换,得到转台运动角位置增量指令。
在一些示例中,所述转台控制柜包括:转台驱动电机,用于对所述转台台体进行控制;转台角度传感器,用于检测转台实时角位置信号,并输出转台角度传感器测得的实时角位置信号;转台运动控制模块,所述转台运动控制模块分别与所述坐标变换模块、转台驱动电机和所述转台角度传感器相连,以根据转台实时角位置偏差信号通过所述转台驱动电机对所述转台台体进行控制。
在一些示例中,所述转台实时角位置偏差信号ein、eout通过如下方式得到:陀螺仪的角度传感器测量出陀螺偏角信号u,通过所述陀螺信号分解电路将u分解成两路正交信号ux、uy;通过所述坐标变换模块将ux、uy转换成转台内、外环轴的运动角位置增量指令信号Δrin(k)、Δrout(k);所述转台控制柜根据Δrin(k)、Δrout(k)和当前的内、外环轴角位置信号θin(k)、θout(k)产生内、外环轴的运动角位置指令信号rin(k)、rout(k);根据输入的所述内、外环轴的运动角位置指令信号rin(k)、rout(k)驱动转台运动;其中,所述转台实时角位置偏差信号ein、eout是所述内、外环轴的运动角位置指令信号rin(k)、rout(k)与转台角度传感器实时测得的转台角位置信号θin_m、θout_m之差。
在一些示例中,所述转台台体通过滑环传输与陀螺仪相关的各类信号。
在一些示例中,所述陀螺偏角信号u表示形式为:
u=Asin(ωt+φ),
其中,A为陀螺偏角信号的幅值,ω为陀螺转速,φ为陀螺偏角信号的相位。
在一些示例中,所述陀螺分解信号根据以下公式得到:
在一些示例中,所述转台内、外环轴的运动角位置增量指令信号Δrin(k)、Δrout(k)通过如下公式得到:
在一些示例中,所述内、外环轴的运动角位置指令信号rin(k)、rout(k)通过如下公式得到:
在一些示例中,所述转台实时角位置偏差信号ein、eout通过如下公式得到:
根据本发明实施例的基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置,不以陀螺仪作为转台运动闭环控制系统的测量反馈元件,静电陀螺仪不是转台运动闭环控制系统的组成部分,因此转台的运动性能不受陀螺仪性能的影响,该装置具有调试方便、鲁棒性强和可靠性高的优点。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1是现有的基于转台伺服工作模式的静电陀螺伺服测试装置的信号传输流图;
图2是本发明一个实施例的基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置的结构示意图;
图3是本发明一个实施例的基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置的信号传输流程图。
附图标记说明:
1-壳体翻滚控制指令信号、2-壳体角度编码信号、3-壳体翻滚角度ρ、4-陀螺偏角信号u、5-陀螺分解信号ux、uy、6-转台实时角位置偏差信号ein、eout、7、转台实时位置信号θin、θout、8-陀螺仪漂移误差模型、9-转台运动角位置增量指令信号Δrin(k)、Δrout(k)、10-转台当前位置信号θin(k)、θout(k)、11-转台运动角位置指令信号rin(k)、rout(k)、12-转台角度传感器实时测得的角位置信号θin_m、θout_m。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
以下结合附图描述根据本发明实施例的基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置。
图2是根据本发明一个基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置的结构示意图。图3是本发明一个实施例的基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置的信号传输流程图。结合图2和图3所示,该基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置包括:转台台体110、转台控制柜120、壳体翻滚控制电路130、陀螺控制柜140和陀螺测试机柜150。
其中,转台台体110用于装载陀螺仪(被测对象),陀螺仪包括陀螺仪本体和陀螺仪壳体。更为具体地,在一些示例中,转台台体110例如通过滑环传输与陀螺仪有关的各类信号。转台控制柜120与转台台体110相连,以根据转台实时角位置偏差信号对转台台体110的进行运动闭环控制。壳体翻滚控制电路130与陀螺仪壳体相连,以控制陀螺仪本体相对于陀螺仪壳体做周期性旋转运动。陀螺控制柜140分别与陀螺仪、转台控制120和壳体翻滚控制电路130相连,以对陀螺仪进行监测和控制,并获取壳体翻滚角度和陀螺偏角信号,以及根据陀螺偏角信号生成转台运动角位置增量指令。陀螺测试机柜150分别与转台台体110和转台控制柜120相连,以根据转台台体110的内、外环轴角度位置数据建立陀螺漂移误差模型,并输出陀螺仪漂移误差测试结果。其中,如图2所示,陀螺仪和壳体翻滚控制电路130例如通过高精度过渡工装安装在转台台体110上。
在本发明的一个实施例中,如图2所示,陀螺控制柜140例如包括:壳体角度解码电路141、陀螺信号分解电路142和坐标变换模块143。其中,壳体角度解码电路141与壳体翻滚控制电路130相连,以向壳体翻滚控制电路130发送壳体翻滚控制指令信号,并从壳体翻滚控制电路130获取壳体角度编码信号。陀螺信号分解电路142用于获取陀螺仪的陀螺偏角信号,并对陀螺偏角信号进行正交分解,以得到陀螺分解信号。坐标变换模块143分别与陀螺信号分解电路142和壳体角度解码电路141相连,以对陀螺分解信号进行坐标变化,得到转台运动角位置增量指令。
在图2所示的示例中,陀螺控制柜140例如还可以包括:显示器、示波器、显示面板、电源箱和警报器等。
总的来说,陀螺控制柜140的主要功能例如可以概述为:实现陀螺仪壳体翻滚启/停控制和壳体翻滚角度、壳体翻滚状态读取;实现陀螺仪角度传感器输出信号分解,并实时输出转台内、外环轴的角运动指令信号;实时采集和记录陀螺仪的状态数据。
进一步地,在本发明的一个实施例中,如图2所示,上述的转台控制柜120包括:转台驱动电机121(图中未示出)、转台角度传感器122(图中未示出)和转台运动控制模块123。其中,转台驱动电机121,用于对转台台体110进行控制。转台角度传感器122用于检测转台实时角位置信号,并输出转台角度传感器测得的实时角位置信号。转台运动控制模块123分别与坐标变换模块143、转台驱动电机121和转台角度传感器122相连,以根据转台实时角位置偏差信号通过转台驱动电机121对转台台体110进行控制。
其中,在一些示例中,上述的转台实时角位置偏差信号例如记作ein、eout,例如通过如下方式得到:陀螺仪的角度传感器测量出陀螺偏角信号u,通过陀螺控制柜140的陀螺信号分解电路142将u分解成两路正交信号ux、uy;然后通过陀螺控制柜140中的坐标变换模块143将ux、uy转换成转台内、外环轴的运动角位置增量指令信号Δrin(k)、Δrout(k);转台控制机柜120根据Δrin(k)、Δrout(k)和当前的内、外环轴角位置信号θin(k)、θout(k)产生内、外环轴的运动角位置指令信号rin(k)、rout(k);根据输入的内、外环轴的运动角位置指令信号rin(k)、rout(k)驱动转台运动到指定位置;其中,转台实时角位置偏差信号ein、eout是内、外环轴的运动角位置指令信号rin(k)、rout(k)与转台角度传感器实时测得的转台角位置信号θin_m、θout_m之差。
其中,在上述过程中,结合图3所示,各个信号的具体传输流程为:陀螺信号分解电路142将陀螺仪角度传感器输出信号u分解成两路正交信号ux、uy,并通过RS422高速串口将ux、uy数据实时发送到如图2中所示的串口1(RS422高速串口)。进一步地,壳体角度解码电路141实现陀螺仪壳体翻滚角度ρ的输出,坐标变换模块143完成坐标变换算法,将ux、uy转换成转台内、外环轴的运动角位置增量指令信号Δrin(k)、Δrout(k),并通过如图2中所示的串口2(RS422高速串口)将Δrin(k)、Δrout(k)数据实时发送到转台控制柜120上。
转台控制柜120通过RS422高速串口接收到角位置增量运动指令信号后,驱动转台运动到指令位置。转台控制柜120通过RS422高速串口将转台实时角位置信号θin、θout发送到串口2(RS422高速串口)。进一步地,陀螺控制柜140通过串口4(RS232)将转台实时角位置信号θin、θout发送到陀螺测试机柜150。陀螺测试机柜150中的陀螺漂移误差模型辨识软件根据转台实时角位置信号θin、θout建立并输出陀螺仪的漂移误差模型,实现对陀螺仪的精度评定。
其中,在一些示例中,上述的陀螺偏角信号u的表示形式例如为:u=Asin(ωt+φ),其中,A为陀螺偏角信号的幅值,ω为陀螺转速,φ为陀螺偏角信号的相位。
上述的所述陀螺分解信号例如根据以下公式得到:
上述的转台内、外环轴的运动角位置增量指令信号Δrin(k)、Δrout(k)例如通过如下公式得到:
其中,p0为坐标变换角度零位,ρ为壳体翻滚角度,ρ0为壳体翻滚角度零位。
上述的内、外环轴的运动角位置指令信号rin(k)、rout(k)例如通过如下公式得到:
上述的转台实时角位置偏差信号ein、eout例如通过如下公式得到:
综上,在本发明中,转台工作于位置模式下,转台通过高速串口接收静电陀螺仪输出的两路偏角信号并以此作为转台内、外环轴的运动指令信号,从而实现双轴转台伺服跟踪陀螺仪。也即,本发明能够根据陀螺仪输出偏角信号和壳体翻滚角度值快速、准确地解算出转台内、外环轴的运动指令数据,并将指令数据快速、可靠地传输给转台运动控制模块。
根据本发明实施例的基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置,不以陀螺仪作为转台运动闭环控制系统的测量反馈元件,静电陀螺仪不是转台运动闭环控制系统的组成部分,因此转台的运动性能不受陀螺仪性能的影响,该装置具有调试方便、鲁棒性强和可靠性高的优点
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置,其特征在于,包括:
转台台体,所述转台台体用于装载陀螺仪,所述陀螺仪包括陀螺仪本体和陀螺仪壳体;
转台控制柜,所述转台控制柜与所述转台台体相连,以根据转台实时角位置偏差信号对所述转台台体的进行运动闭环控制;
壳体翻滚控制电路,所述壳体翻滚控制电路与所述陀螺仪壳体相连,以控制所述陀螺仪本体相对于所述陀螺仪壳体做周期性旋转运动;
陀螺控制柜,所述陀螺控制柜分别与所述陀螺仪、转台控制柜和所述壳体翻滚控制电路相连,以对所述陀螺仪进行监测和控制,并获取壳体翻滚角度和陀螺偏角信号,以及根据所述陀螺偏角信号生成转台运动角位置增量指令;以及
陀螺测试机柜,所述陀螺测试机柜分别与所述转台台体和所述转台控制柜相连,以根据转台台体的内、外环轴角度位置数据建立陀螺漂移误差模型,并输出陀螺仪漂移误差测试结果。
2.根据权利要求1所述的基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置,其特征在于,所述陀螺控制柜包括:
壳体角度解码电路,所述壳体角度解码电路与所述壳体翻滚控制电路相连,以向所述壳体翻滚控制电路发送壳体翻滚控制指令信号,并从所述壳体翻滚控制电路获取壳体角度编码信号;
陀螺信号分解电路,所述陀螺信号分解电路用于获取所述陀螺仪的陀螺偏角信号,并对所述陀螺偏角信号进行正交分解,以得到陀螺分解信号;
坐标变换模块,所述坐标变换模块分别与所述陀螺信号分解电路和所述壳体角度解码电路相连,以对所述陀螺分解信号进行坐标变换,得到转台运动角位置增量指令。
3.根据权利要求2所述的基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置,其特征在于,所述转台控制柜包括:
转台驱动电机,用于对所述转台台体进行控制;
转台角度传感器,用于检测转台实时角位置信号,并输出转台角度传感器测得的实时角位置信号;
转台运动控制模块,所述转台运动控制模块分别与所述坐标变换模块、转台驱动电机和所述转台角度传感器相连,以根据转台实时角位置偏差信号通过所述转台驱动电机对所述转台台体进行控制。
4.根据权利要求3所述的基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置,其特征在于,所述转台实时角位置偏差信号ein、eout通过如下方式得到:
陀螺仪的角度传感器测量出陀螺偏角信号u,通过所述陀螺信号分解电路将u分解成两路正交信号ux、uy;
通过所述坐标变换模块将ux、uy转换成转台内、外环轴的运动角位置增量指令信号Δrin(k)、Δrout(k);
所述转台控制柜根据Δrin(k)、Δrout(k)和当前的内、外环轴角位置信号θin(k)、θout(k)产生内、外环轴的运动角位置指令信号rin(k)、rout(k);
根据输入的所述内、外环轴的内、外环轴的运动角位置指令信号rin(k)、rout(k)驱动转台运动,
其中,所述转台实时角位置偏差信号ein、eout是所述内、外环轴的运动角位置指令信号rin(k)、rout(k)与转台角度传感器实时测得的转台角位置信号θin_m、θout_m之差。
5.根据权利要求1所述的基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置,其特征在于,所述转台台体通过滑环传输与陀螺仪相关的各类信号。
6.根据权利要求4所述的基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置,其特征在于,所述陀螺偏角信号u表示形式为:
u=Asin(ωt+φ),
其中,A为陀螺偏角信号的幅值,ω为陀螺转速,φ为陀螺偏角信号的相位。
7.根据权利要求4所述的基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置,其特征在于,所述陀螺分解信号根据以下公式得到:
8.根据权利要求4所述的基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置,其特征在于,所述转台内、外环轴的运动角位置增量指令信号Δrin(k)、Δrout(k)通过如下公式得到:
其中,p0为坐标变换角度零位,ρ为壳体翻滚角度,ρ0为壳体翻滚角度零位。
9.根据权利要求4所述的基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置,其特征在于,所述内、外环轴的运动角位置指令信号rin(k)、rout(k)通过如下公式得到:
10.根据权利要求4所述的基于转台位置工作模式的静电陀螺伺服测试装置,其特征在于,所述转台实时角位置偏差信号ein、eout通过如下公式得到:
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