CN109959393A - 用于电动惯导转台飞车状态的判定装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动惯导转台飞车状态的判定装置及其方法。所述电动惯导转台包括用于驱动转台旋转的转轴和套设在所述转轴外周的固定式框轴，其特征在于，在所述转轴的轴端安装有磁片安装座，所述磁片安装座上粘贴有感应磁片，在所述框轴的端面上安装有两个传感器，两个传感器以框轴中心对称设置，所述感应磁片随所述转轴旋转一圈时，依次经过两个传感器，并能触发传感器生成相应的感应信号，所述两个传感器将生成的相应感应信号发送至用于判定电动惯导转台飞车状态的信号处理单元。该装置结构精简，方便拆装和维护，采用该装置的判定方法利用了定角测时方法进行转速判定，该方法操作方便快捷，可靠性高，具有易于工程化的优点。

Description

用于电动惯导转台飞车状态的判定装置及其方法

技术领域

本发明涉及数控惯导测试设备技术领域，特别是涉及一种用于电动惯导转台飞车状态的判定装置及其方法。

背景技术

电动惯导转台能提供精确的角位置、角速率和角加速度测试基准，是一种电动闭环控制设备，由于闭环运动控制系统的特性，当其受到诸如负载特性、控制算法以及部件失效等不确定因素的影响时，不可避免地会出现失控飞车的严重故障。常见的导致转台飞车的原因大致有以下几种：反馈信号丢失、伺服输出饱和、功放管击穿等。飞车时转台电机将达到或超过电机空载转速，远大于转台指标要求转速，如果不能得到及时处理，将可能导致转台电机烧毁或被测惯导损坏。

通常转台会配置手动的急停按键，其基本工作机制是，当操作人员目视判定转台飞车时，手动按下急停按键，切断转台驱动系统动力电源。手动急停按键的局限性在于其操作的及时性受人的反应能力和注意力制约。当前随着惯导自动化测试的发展，测试过程中人的参与度大大降低，转台飞车的应急处理也应顺应这种趋势，因此转台飞车状态自动判定的保护装置对于转台和被测件的安全以及惯导自动化测试是必要的。

现有技术中，有些利用频压变换原理的超速检测装置，可以实现转台超速后自动迅速停止运行的保护功能。但是，该装置的使用存在局限性，因为其工作需要接收码盘位置信号，当由于码盘位置信号丢失导致飞车时，该装置的保护功能将失效。还有些是基于陀螺的转台超速保护装置，该装置的局限性在于，一方面速率陀螺需要预先进行速率标定以确定正常的电压范围，另一方面当转台飞车时转速超出速率陀螺工作转速时可能损坏速率陀螺。此外，还有一些保护装置是在转台转轴上附加安装测速机或旋转变压器提供转台速度监测，其局限性在于附加的机构会增加转台结构和控制系统的复杂程度。

因此，发明人提供了一种用于电动惯导转台飞车状态的判定装置及其方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于电动惯导转台飞车状态的判定装置及其方法，结构简单、方法可靠，能够实现对转台飞车转台的自动判定，解决了现有装置结构复杂，操作方法不便，可靠性差的问题。

第一方面，本发明的实施例提出了一种用于电动惯导转台飞车状态的判定装置，所述电动惯导转台包括用于驱动转台旋转的转轴和套设在所述转轴外周的固定式框轴，其特征在于，在所述转轴的轴端安装有磁片安装座，所述磁片安装座上粘贴有感应磁片，在所述框轴的端面上安装有两个传感器，两个传感器以框轴中心对称设置，所述感应磁片随所述转轴旋转一圈时，依次经过两个传感器，并能触发传感器生成相应的感应信号，所述两个传感器将生成的相应感应信号发送至用于判定电动惯导转台飞车状态的信号处理单元。

进一步地，所述磁片安装座的材质为无磁的铝合金材质，所述磁片安装座可拆卸地安装在所述转轴的轴端。

进一步地，所述磁片安装座的内端部为矩形结构，外端部为半圆弧结构，靠近所述半圆弧结构的中心位置处设计有一凹槽，所述感应磁片粘贴在所述凹槽内，且所述感应磁片的上表面与所述磁片安装座的上表面平齐。

进一步地，所述两个传感器分别通过相应的传感器安装座安装在所述框轴的端面上。

进一步地，两个所述传感器安装座的外端部均设计有腰形安装孔，两个所述传感器安装座分别通过腰形安装孔可调节地安装在所述框轴的端面，两个传感器均分别安装在两个所述传感器安装座的内端部，与所述感应磁片相对应。

进一步地，所述两个传感器均采用开关型霍尔传感器。

第二方面，提供了一种采用第一方面装置的判定方法，该方法包括：

在电动惯导转台的转轴旋转过程中，磁片安装座上的感应磁片随转轴转动，当感应磁片依次经过两个传感器时，触发传感器生成相应的感应信号，两个信号经由不同的物理I/O传输至信号处理单元，分别得到第一个电平信号H1和第二个电平信号H2；

信号处理单元接收到第一个电平信号H1时，记录当前相应的时刻值T1，接到到第二个电平信号H2时，记录当前相应的时刻值T2，获得转台在两个传感器之间的实时转动速率为ω＝θ/|T1-T2|，其中，θ为两个传感器之间的夹角；

将转台的实时转动速率ω与预设的转台指标最大速率ω＇比较，其中，ω＇的数值小于转台电机的最大空载转速，当(ω-ω＇)/ω＇≧δ％时，判定转台飞车，其中，δ％是预留的安全控制余量。

进一步地，当信号处理单元判定转台飞车时，输出对应的飞车逻辑电平信号，并传输至转台控制系统对转台驱动器断电或制动保护处理。

进一步地，预留的安全控制余量δ％为20％。

进一步地，信号处理单元输出的飞车逻辑电平信号在控制系统的显示模块上进行可视化显示。

综上，本专利提供了一种用于电动惯导转台飞车状态的判定装置及方法，该装置独立于转台控制系统，在转轴端面设置了随转轴转动的感应磁片，并在固定式框轴上设置了能够于感应磁片相感应的两个传感器，感应磁片随转轴转动时，能够触发传感器产生感应信号并发送给信号处理单元进对转台是否处于飞车状态做出精准判定。该装置工作时不依赖码盘位置反馈，不需要额外配置测速机等速度反馈部件，其结构精简，方便拆装和维护，采用该装置的判定方法利用了定角测时方法进行转速判定，该方法操作方便快捷，可靠性高，具有易于工程化的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明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发明的一些实施例，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。

图1是本发明的一种用于电动惯导转台飞车状态的判定装置示意图。

图2是本发明的一种用于电动惯导转台飞车状态的判定方法流程图。

图中：

1-转轴；2-转台；3-框轴；4-磁片安装座；5-感应磁片；6-传感器安装座Ⅰ；7-霍尔传感器Ⅰ；8-传感器安装座Ⅱ；9-霍尔传感器Ⅱ；10-信号处理单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明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发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明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。

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。

当前用于电动惯导转台设计中常见的转台飞车或超速保护机构有如下几种：

通常转台会配置手动的急停按键，其基本工作机制是，当操作人员目视判定转台飞车时，手动按下急停按键，切断转台驱动系统动力电源。手动急停按键的局限性在于其操作的及时性受人的反应能力和注意力制约。当前随着惯导自动化测试的发展，测试过程中人的参与度大大降低，转台飞车的应急处理也应顺应这种趋势，因此转台飞车状态自动判定的保护装置对于转台和被测件的安全以及惯导自动化测试是必要的。

基于频压变换原理的超速监测装置，该装置将数字脉冲形式的位置编码信号经过频压变换装置转换为实时速率信号，通过比较后输出数字量逻辑开关信号，并通过制动联锁电路可将电动机置于能耗制动状态，从而实现转台超速后自动迅速停止运行的保护功能。该装置的使用存在局限性，因为其工作需要接收码盘位置信号，当由于码盘位置信号丢失导致飞车时，该装置将失效。

基于陀螺的转台超速保护装置，该装置通过在转台上附加安装陀螺监测转台速度，工作时速率陀螺输出模拟电压信号，当转台超速状态时该电压值将超出预先设定的电压范围，逻辑判端电路输出相应的逻辑电平，发送给后续的电机制动装置。其局限性在于，一方面速率陀螺需要预先进行速率标定以确定正常的电压范围，另一方面当转台飞车时转速超出速率陀螺工作转速时可能损坏速率陀螺。

还有一些保护装置是在转台转轴上附加安装测速机或旋转变压器提供转台速度监测，系统实时读取测速机或旋转变压器的信号，通过一定的电路与设定转速进行比较，当超出设定转速时判定转台超速或飞车。其局限性在于附加的机构会增加转台结构和控制系统的复杂程度。

针对当前现有技术的不足，本专利第一方面提出了如图1所示的是一种用于电动惯导转台飞车状态的判定装置装置。参见图1所示，电动惯导转台至少包括了用于驱动转台2旋转的转轴1和套设在所述转轴1外周的固定式框轴3，该判定装置的特征在于，在所述转轴1的轴端安装有磁片安装座4，所述磁片安装座4上粘贴有感应磁片5，在所述框轴3的端面上安装有两个传感器(7、8)，两个传感器以框轴3中心对称设置，所述感应磁片5随所述转轴1旋转一圈时，依次经过两个传感器，并能触发传感器生成相应的感应信号，所述两个传感器将生成的相应感应信号发送至用于判定电动惯导转台飞车状态的信号处理单元10。

其中，作为一种优选实施方式，本实施例中磁片安装座4的材质为无磁的铝合金材质，该磁片安装座4可拆卸地安装在所述转轴1的轴端。工程实践中，为了防止磁片将转轴磁化而影响信号判定，所以感应磁片5通过无磁铝合金ZL201A材质的磁片安装座4与转轴1连接，铝合金ZL201A材质具有轻质高强度且易于加工的特点，通常为国内转台结构设计常用材料。

作为其他可选实施例，磁片安装座4的内端部为矩形结构，外端部为半圆弧结构，靠近所述半圆弧结构的中心位置处设计有一凹槽，所述感应磁片5粘贴在所述凹槽内，且所述感应磁片5的上表面与所述磁片安装座4的上表面平齐，使转动过程中不至于发生干涉故障。

作为另一种优选实施例，所述两个传感器分别通过相应的传感器安装座(传感器安装座Ⅰ6和传感器安装座Ⅱ8)安装在所述框轴3的端面上。同时，两个传感器安装座(6、8)的外端部均设计有腰形安装孔，两个传感器安装座分别通过腰形安装孔可调节地安装在所述框轴3的端面，两个传感器均分别安装在两个所述传感器安装座(6、8)的内端部，与所述感应磁片5相对应。其中，本实施例中，两个传感器均采用开关型霍尔传感器，具体是图1中的序号7霍尔传感器Ⅰ和序号9霍尔传感器Ⅱ。

第二方面，参见图2所示，本发明还提供了用于电动惯导转台飞车状态的判定方法，该方法采用第一方面的装置，判定方法至少包括以下步骤S110～步骤S130：

步骤S110，在电动惯导转台的转轴1旋转过程中，磁片安装座4上的感应磁片5随转轴转动，当感应磁片依次经过两个传感器(7、8)时，触发传感器生成相应的感应信号，两个信号经由不同的物理I/O传输至信号处理单10，分别得到第一个电平信号H1和第二个电平信号H2。

步骤S120，信号处理单元10接收到第一个电平信号H1时，记录当前相应的时刻值T1，接到到第二个电平信号H2时，记录当前相应的时刻值T2，获得转台在两个传感器(7和9)之间的实时转动速率为ω＝θ/|T1-T2|，其中，θ为两个传感器之间的夹角。由于两个传感器(7和9)呈180°固定角度差，所以信号处理单元10根据时间差值|T1-T2|即可计算出转台当前的转动速率ω，通常转动速率ω的单位可用“°/s”。此外，由于θ为固定的180°，所以采用本发明的装置和方法在进行飞车状态判定是，转轴正、反向运转均不会影响判定结果。

步骤S130，将转台的实时转动速率ω与预设的转台指标最大速率ω＇比较，其中，ω＇的数值小于转台电机的最大空载转速，当(ω-ω＇)/ω＇≧δ％时，判定转台飞车，其中，δ％是预留的安全控制余量。在本步骤中，通常预留的安全控制余量δ％取为20％。需要说明的是，转台指标最大速率ω＇的数值为预先写入信号处理单元10的存储模块中。

作为其他可选实施例，在步骤S130之后，当信号处理单元10判定转台飞车时，输出对应的飞车逻辑电平信号，并传输至转台控制系统对转台驱动器断电或制动保护处理。

此外，作为其他拓展实施方式，该装置的信号处理单元输出的飞车逻辑电平信号能通过控制系统软件的显示模块上可视化转态显示，也能将软件保护处理进行相应地可视化显示。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见装置实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.用于电动惯导转台飞车状态的判定装置，所述电动惯导转台包括用于驱动转台旋转的转轴和套设在所述转轴外周的固定式框轴，其特征在于，在所述转轴的轴端安装有磁片安装座，所述磁片安装座上粘贴有感应磁片，在所述框轴的端面上安装有两个传感器，两个传感器以框轴中心对称设置，所述感应磁片随所述转轴旋转一圈时，依次经过两个传感器，并能触发传感器生成相应的感应信号，所述两个传感器将生成的相应感应信号发送至用于判定电动惯导转台飞车状态的信号处理单元。

2.根据权利要求1所述的用于电动惯导转台飞车状态的判定装置，其特征在于，所述磁片安装座的材质为无磁的铝合金材质，所述磁片安装座可拆卸地安装在所述转轴的轴端。

3.根据权利要求1所述的用于电动惯导转台飞车状态的判定装置，其特征在于，所述磁片安装座的内端部为矩形结构，外端部为半圆弧结构，靠近所述半圆弧结构的中心位置处设计有一凹槽，所述感应磁片粘贴在所述凹槽内，且所述感应磁片的上表面与所述磁片安装座的上表面平齐。

4.根据权利要求1所述的用于电动惯导转台飞车状态的判定装置，其特征在于，所述两个传感器分别通过相应的传感器安装座安装在所述框轴的端面上。

5.根据权利要求4所述的用于电动惯导转台飞车状态的判定装置，其特征在于，两个所述传感器安装座的外端部均设计有腰形安装孔，两个所述传感器安装座分别通过腰形安装孔可调节地安装在所述框轴的端面，两个传感器均分别安装在两个所述传感器安装座的内端部，与所述感应磁片相对应。

6.根据权利要求1或5所述的用于电动惯导转台飞车状态的判定装置，其特征在于，所述两个传感器均采用开关型霍尔传感器。

7.用于电动惯导转台飞车状态的判定方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的装置，所述判定方法包括：

在电动惯导转台的转轴旋转过程中，磁片安装座上的感应磁片随转轴转动，当感应磁片依次经过两个传感器时，触发传感器生成相应的感应信号，两个信号经由不同的物理I/O传输至信号处理单元，分别得到第一个电平信号H1和第二个电平信号H2；

信号处理单元接收到第一个电平信号H1时，记录当前相应的时刻值T1，接到到第二个电平信号H2时，记录当前相应的时刻值T2，获得转台在两个传感器之间的实时转动速率为ω＝θ/|T1-T2|，其中，θ为两个传感器之间的夹角；

将转台的实时转动速率ω与预设的转台指标最大速率ω＇比较，其中，ω＇的数值小于转台电机的最大空载转速，当(ω-ω')/ω'≥δ％时判定转台飞车，其中δ％为预留的安全控制余量。

8.根据权利要求7所述的用于电动惯导转台飞车状态的判定方法，其特征在于，当信号处理单元判定转台飞车时，输出对应的飞车逻辑电平信号，并传输至转台控制系统对转台驱动器断电或制动保护处理。

9.根据权利要求7所述的用于电动惯导转台飞车状态的判定方法，其特征在于，预留的安全控制余量δ％为20％。

10.根据权利要求7所述的用于电动惯导转台飞车状态的判定方法，其特征在于，信号处理单元输出的飞车逻辑电平信号在控制系统的显示模块上进行可视化显示。