CN112128055A - 基于陀螺仪自动导航系统的发电控制方法 - Google Patents

基于陀螺仪自动导航系统的发电控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于陀螺仪自动导航系统的发电装置控制方法，其包括底座、设置在底座上的机架、竖直且旋转设置在底座且上穿过机架的外壳体、设置在外壳体上的发电风机、同轴设置在外壳体上的变向从动齿轮组、设置在底座上且与变向从动齿轮组啮合的变向驱动齿轮组、设置在底座上且与用于与变向从动齿轮组啮合的锁位装置、以及设置在机架上且用于支撑外壳体的支撑装置。本发明设计合理、结构紧凑且使用方便。

Description

基于陀螺仪自动导航系统的发电控制方法
技术领域
本发明涉及基于陀螺仪自动导航系统的发电装置安装、控制及导航方法。母案为CN201910921157.0基于陀螺仪自动导航系统的发电装置安装、控制及导航方法；申请日；20190927。
背景技术
目前，电流/频率转换器是导航系统中测量和控制载体精度的关键组件。在导航系统中，电流/频率转换器是与陀螺仪同等重要的核心器件，准确地说所谓载体的倾斜精度，实际上主要是由陀螺仪和电压/频率转换器的整体精度决定的。
国内现有的电流/频率转换器为频率输出，输出的频率直接输入到导航计算机中。导航计算机接收频率后并不能直接用其进行导航运算。必须先在导航计算机中用计数器来测算接收到的脉冲频率，然后再通过编程的方式将计数频率转换为电流/频率转换器的输入电流，这样电流值才可以在导航计算机中进行导航计算。由此可见，频率输出型的电流/频率转换器与导航系统的对接比较复杂，而且增加的计数器和频率到电流的转换不仅额外增加了用户的研发时间，还占用了导航计算机的存储资源。
另外，风力发电站一般是建立在风力比较大的地区，例如内蒙新疆或沿海，由于风向受制于气压、温度等自然因素，现有风机要不仅仅朝向一个风向，当风向与风机叶片方向不一致的时候，会对风机产生极大的弯扭力，增大风机内部摩擦与变形损耗，影响风机旋转部件的使用寿命。如何实现根据风向调节风机的自动导向系统成为急需解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种基于陀螺仪自动导航系统的发电装置、串口控制装置及方法。本发明还是针对现有的电流/频率转换器输出方式的不足，提供一种方便灵活的串口输出型电流/频率转换器，达到既能简化电流/频率转换器与导航系统的对接，又能方便用户调试，减少用户的研发时间。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种基于陀螺仪自动导航系统的发电装置，包括底座、设置在底座上的机架、竖直且旋转设置在底座且上穿过机架的外壳体、设置在外壳体上的发电风机、同轴设置在外壳体上的变向从动齿轮组、设置在底座上且与变向从动齿轮组啮合的变向驱动齿轮组、设置在底座上且与用于与变向从动齿轮组啮合的锁位装置、以及设置在机架上且用于支撑外壳体的支撑装置。
作为上述技术方案的进一步改进：
锁位装置包括设置在底座上的锁位导向套、水平设置在底座上且在锁位导向套中水平伸缩的锁位驱动杆、设置在锁位驱动杆端部且用于与变向从动齿轮组啮合或分离的锁位咬合齿；设置在锁位导向套上的锁位导向支座、设置在锁位驱动杆上的锁位定位孔、设置在锁位导向支座上且运动方向与锁位驱动杆垂直的锁位卡位推杆、以及设置在锁位卡位推杆前端且用于插入或离开锁位定位孔的锁位卡位锥销；
当锁位咬合齿与变向从动齿轮组啮合时，锁位卡位锥销上插入到锁位定位孔中；在锁位导向套或底座上设置有锁位卡位锥销运动的导向孔；
锁位装置至少一组分别在底座上。
锁位装置包括设置在底座上的锁位导向套、竖直设置在底座上且在锁位导向套中竖直伸缩的锁位驱动杆、设置在锁位驱动杆端部且用于与变向从动齿轮组啮合或分离且形状为扇形齿的锁位咬合齿；设置在锁位导向套上的锁位导向支座、设置在锁位驱动杆上的锁位定位孔、设置在锁位导向支座上且运动方向与锁位驱动杆垂直的锁位卡位推杆、以及设置在锁位卡位推杆前端且用于插入或离开锁位定位孔的锁位卡位锥销；
当锁位咬合齿与变向从动齿轮组啮合时，锁位卡位锥销上插入到锁位定位孔中；在锁位导向套或底座上设置有锁位卡位锥销运动的导向孔；
锁位装置至少一组分别在底座上。
支撑装置包括与外壳体同轴且设置在机架上的支撑环形轨道、两个设置在外壳体上的支撑轴肩、设置在支撑轴肩之间且套装在外壳体上的支撑旋转套、同轴设置在支撑旋转套外侧壁上的支撑从动齿轮、设置在机架上且与支撑从动齿轮啮合的支撑驱动齿轮、上端铰接支撑旋转套外侧壁上或插入在支撑旋转套外侧壁对应工艺孔中的支撑辅助推杆、以及设置在支撑辅助推杆下端且位于支撑环形轨道内的支撑尾座；
支撑辅助推杆为三个且均布设置。
还包括电控装置；
电控装置包括安装在外壳体上端或外壳体的检测杆上的陀螺仪、与陀螺仪电连接的串口控制装置、导航计算机、中控机、以及控制器；
陀螺仪，当风吹外壳体或检测杆时，风吹外壳体或检测杆产生侧倾变形，陀螺仪采集其侧倾变形参数变为电流信号；
串口控制装置，接收陀螺仪输出的电流信号转为频率信号，计算出电流值后输出信号；
导航计算机，接收串口控制装置输出信号，并将控制信号输出；
中控机，作为发电装置的主计算机，接收导航计算机的信息，并生产日志反馈给工作人员，中控机向导航计算机发送心跳信号，通过心跳信号检测导航计算机运行状态，当导航计算机为反馈心跳信号，中控机启动备用计算机并替代导航计算机；
控制器，接收中控机或导航计算机的控制信号，控制对应执行机构动作。
串口控制装置包括用于接收陀螺仪电流信号的电流/频率转换电路与输入端与电流/频率转换电路电连接且输出端与导航计算机电连接的频率串口输出电路；
电流/频率转换电路包括积分器模块、比较器模块、逻辑电路模块、开关电路、以及恒流源电路；
积分器对输入电流lin进行积分；比较器模块将积分器的积分输出电压与比较器模块的阈值电压比较；当积分输出电压达到比较器阈值时，比较器模块输出电压翻转，逻辑电路模块输出脉冲频率；开关电路接收输出的脉冲频率后，恒流源电路对积分器提供复位电流；
频率串口输出电路包括数字隔离电路、内嵌ARM核的处理器、以及串口收发器；
数字隔离电路接收逻辑电路模块输出的脉冲频率；处理器接收数字隔离电路的信号，处理器通过ARM核中的编程，计算电流值；
串口收发器通过通用异步收发传输器UART接收计算的电流值，并经其发送给导航计算机。
在ARM核的FPGA中编写两个的计数器，一个计数器用来接收正通道输出频率，一个计数器用来接收负通道输出频率；计数器测算的频率值通过FPGA的内部总线传输到ARM核中进行运算，将频率换算成输入的电流；
ARM中运算基于电流/频率转换电路输入输出关系的线性公式：
fout＝k·Iin+fzero；
式中：fout——正负通道输出频率；k——标度因数；Iin——输入电流；fzero——输出零偏。
按线性公式计算电流/频率转换电路的输入电流：
Figure BDA0002556932170000041
在串口收发器的串口传输中设置有握手协议，即导航计算机通过串口向ARM发送同步字节0xAA或0x55，ARM在接受到同步字节后再用串口发送电流值给导航计算机；
积分器模块包括积分器U3A、以及连接在积分器U3A脚1与恒流源电路之间的电容C1,积分器U3A脚2外接输入电流，脚3接地；
恒流源电路包括与负电源电连接的电阻R1以及与正电源电连接的电阻R8；
比较器模块包括电连接相同的比较器U2、U4；比较器U2、U4的输入端分别接积分器U3A输出端，比较器U2、U4的输出端分别接逻辑电路模块的逻辑控制器的端口D；比较器U2、U4脚3接输入基准电压，基准电压为各自对应稳压管D1、D2的电压；
逻辑电路模块包括电连接相同的逻辑控制器U1A、U1B；逻辑控制器U1A、U1B的端口D接输入信号，逻辑控制器U1A、U1B的端口CLK接时钟脉冲，端口CLR为清零端口；逻辑控制器U1A的端口Q输出正信号、逻辑控制器U1B的端口Q输出负信号；
开关电路包括两个电连接相同的场效应管Q1、Q2；场效应管Q1、Q2的源极S各自接对应的电源；场效应管Q1、Q2的栅极G通过各自对应电阻接各自对应的逻辑控制器的端口Q。
一种基于陀螺仪自动导航系统的发电装置安装方法，包括以下步骤：
首先，在机架上加工支撑环形轨道，在地基上预制底座与机架，在支撑旋转套上安装支撑从动齿轮；然后，在外壳体上安装支撑轴肩与变向从动齿轮组，在支撑轴肩之间安装有支撑旋转套；其次，在底座上安装外壳体以及与变向从动齿轮组啮合的变向驱动齿轮组，调整变向从动齿轮组与变向驱动齿轮组的间隙，保证外壳体与支撑环形轨道的同轴度＜0.1mm/m，在外壳体上直接或通过测试杆安装陀螺仪，在外壳体上安装发电风机；再次，在底座安装锁位导向套，在锁位导向套中安装锁位驱动杆，在锁位驱动杆端部安装与变向从动齿轮组啮合的锁位咬合齿，在锁位导向套上通过锁位导向支座安装锁位卡位推杆，在锁位卡位推杆端头安装锁位卡位锥销；再后来，通过调整变向从动齿轮组与锁位咬合齿的啮合间隙，在安装锁位驱动杆上配钻与锁位卡位锥销对应的锁位定位孔，在底座配钻与锁位卡位锥销对应的导向孔，卡位锥销插入到锁位定位孔与导向孔中；紧接着，在支撑环形轨道中安装三个支撑尾座，调节支撑尾座与支撑环形轨道的接触间隙，在支撑尾座与支撑旋转套之间连接支撑辅助推杆，在机架上安装与支撑从动齿轮啮合的支撑驱动齿轮；再后来，调节支撑辅助推杆长度，使得每一米长度范围内支撑旋转套与外壳体同轴度＜0.1mm；最后，将陀螺仪依次与串口控制装置与导航计算机，导航计算机与中控机、以及控制器电连接。
一种基于陀螺仪自动导航系统的发电装置控制方法，当风力增大后，执行以下步骤；
步骤一一，首先，外壳体上端或检测杆发生倾斜变形，陀螺仪将检测到的倾斜角度与方向信号变成电流信号，输送给串口控制装置；然后，积分器对输入电流lin进行积分；其次，比较器模块将积分器的积分输出电压与比较器模块的阈值电压比较；再次，当积分输出电压达到比较器阈值时，比较器模块产生方波信号，并将输出电压翻转并给逻辑电路模块；紧接着，逻辑电路模块输出脉冲频率；再后来，当开关电路接收输出的脉冲频率后，恒流源电路对积分器提供复位电流，使得积分器产生三角波，同时电流/频率转换电路形成闭环；
其中，逻辑电路模块输出脉冲频率时，逻辑电路模块的闸门开关开启之前，逻辑电路模块的计数器一直处于清零状态，当闸门开启后，计数器检测待测信号的电平跳变沿，每检测到一个上升沿，频率计加一；当闸门关闭后，计数器不再累加，数据锁存到串口发送缓存区，等待发送，发送完毕后，计数器清零等待下一次计数；
步骤一二，频率串口输出电路接收到逻辑电路模块输出脉冲频率后，首先，数字隔离电路接收逻辑电路模块输出的脉冲频率，防止频率在传输过程中受到干扰；然后，处理器接收数字隔离电路的信号，处理器通过ARM核中的编程，计算电流值；其次，串口收发器通过通用异步收发传输器UART接收计算的电流值，并经其发送给导航计算机；再次，导航计算机发送指令，控制器根据指令进行控制执行机构动作；
步骤一三，首先，支撑驱动齿轮的控制电机得到指令，通过支撑从动齿轮驱动支撑旋转套旋转，支撑尾座在支撑环形轨道中滚动，使得其中一个支撑辅助推杆位于风向背侧；然后，启动推杆电机，支撑辅助推杆动作，通过驱动支撑旋转套将外壳体反向牵引，从而使得外壳体施加与风向相反的作用力。
本发明基于利用陀螺仪检测风力发电风机竖直支撑壳体(也可以是外壳上的检测件例如测试杆等上安装陀螺仪，)因为受到风力的变形倾斜角度，将该倾斜信号变为数电输送给处理器，处理器控制支撑装置旋转，使得三个推杆旋转角度，同时三个推杆伸长，一个推杆从外壳体背侧反向支撑，其两侧推杆对称侧向辅助支撑，从而扶正壳体，避免其因为风力而成变形与振动，极大提高了其刚性。
当螺仪检测倾斜角度超过阈值之后，起到旋转驱动装置，使得风机叶片正对风向，从而提高风机对风能的充分利用。
一种基于陀螺仪自动导航系统的发电装置控制方法，当风方向改变后，执行以下步骤；
步骤二一，首先，外壳体上端或检测杆发生倾斜变形，陀螺仪将检测到的倾斜角度与方向信号变成电流信号，输送给串口控制装置；然后，积分器对输入电流lin进行积分；其次，比较器模块将积分器的积分输出电压与比较器模块的阈值电压比较；再次，当积分输出电压达到比较器阈值时，比较器模块产生方波信号，并将输出电压翻转并给逻辑电路模块；紧接着，逻辑电路模块输出脉冲频率；再后来，当开关电路接收输出的脉冲频率后，恒流源电路对积分器提供复位电流，使得积分器产生三角波，同时电流/频率转换电路形成闭环；
其中，逻辑电路模块输出脉冲频率时，逻辑电路模块的闸门开关开启之前，逻辑电路模块的计数器一直处于清零状态，当闸门开启后，计数器检测待测信号的电平跳变沿，每检测到一个上升沿，频率计加一；当闸门关闭后，计数器不再累加，数据锁存到串口发送缓存区，等待发送，发送完毕后，计数器清零等待下一次计数；
步骤二二，频率串口输出电路接收到逻辑电路模块输出脉冲频率后，首先，数字隔离电路接收逻辑电路模块输出的脉冲频率，防止频率在传输过程中受到干扰；然后，处理器接收数字隔离电路的信号，处理器通过ARM核中的编程，计算电流值；其次，串口收发器通过通用异步收发传输器UART接收计算的电流值，并经其发送给导航计算机；再次，导航计算机发送指令，控制器根据指令进行控制执行机构动作；
步骤二三，首先，锁位卡位推杆根据指令离开锁位定位孔；然后，锁位驱动杆根据指令沿着锁位导向套驱动锁位咬合齿与变向从动齿轮组分离；再次，变向驱动齿轮组根据指令通过变向从动齿轮组驱动外壳体旋转设定角度，使得发电风机的叶片旋转面与风向垂直；
步骤二四，首先，锁位驱动杆根据指令沿着锁位导向套驱动锁位咬合齿与变向从动齿轮组啮合；然后，锁位卡位推杆根据指令进入锁位定位孔；
步骤二五，首先，支撑驱动齿轮的控制电机得到指令，通过支撑从动齿轮驱动支撑旋转套旋转，支撑尾座在支撑环形轨道中滚动，使得其中一个支撑辅助推杆位于风向背侧；然后，启动推杆电机，支撑辅助推杆动作，通过驱动支撑旋转套将外壳体反向牵引，从而使得外壳体施加与风向相反的作用力。
附图说明
图1是本发明硬件的结构示意图。
图2是本发明部件的结构示意图。
图3是本发明电路的结构示意图。
图4是本发明电路的流程示意图。
图5是本发明电路的原理示意图。
图6是本发明电路的控制示意图。
其中：1、电流/频率转换电路；2、频率串口输出电路；11、积分器模块；12、比较器模块；13、逻辑电路模块；14、开关电路；15、恒流源电路；21、数字隔离电路；22、处理器；23、串口收发器；100、底座；101、机架；102、发电风机；103、外壳体；104、变向从动齿轮组；105、变向驱动齿轮组；106、锁位装置；107、锁位驱动杆；108、锁位导向套；109、锁位咬合齿；110、锁位导向支座；111、锁位卡位推杆；112、锁位卡位锥销；113、锁位定位孔；114、支撑装置；115、支撑轴肩；116、支撑旋转套；117、支撑从动齿轮；118、支撑驱动齿轮；119、支撑环形轨道；120、支撑辅助推杆；121、支撑尾座。
具体实施方式
如图1-6所示，本实施例的基于陀螺仪自动导航系统的发电装置，包括底座100、设置在底座100上的机架101、竖直且旋转设置在底座100且上穿过机架101的外壳体103、设置在外壳体103上的发电风机102、同轴设置在外壳体103上的变向从动齿轮组104、设置在底座100上且与变向从动齿轮组104啮合的变向驱动齿轮组105、设置在底座100上且与用于与变向从动齿轮组104啮合的锁位装置106、以及设置在机架101上且用于支撑外壳体103的支撑装置114。
锁位装置106包括设置在底座100上的锁位导向套108、水平设置在底座100上且在锁位导向套108中水平伸缩的锁位驱动杆107、设置在锁位驱动杆107端部且用于与变向从动齿轮组104啮合或分离的锁位咬合齿109；设置在锁位导向套108上的锁位导向支座110、设置在锁位驱动杆107上的锁位定位孔113、设置在锁位导向支座110上且运动方向与锁位驱动杆107垂直的锁位卡位推杆111、以及设置在锁位卡位推杆111前端且用于插入或离开锁位定位孔113的锁位卡位锥销112；
当锁位咬合齿109与变向从动齿轮组104啮合时，锁位卡位锥销112上插入到锁位定位孔113中；在锁位导向套108或底座100上设置有锁位卡位锥销112运动的导向孔；
锁位装置106至少一组分别在底座100上。
锁位装置106包括设置在底座100上的锁位导向套108、竖直设置在底座100上且在锁位导向套108中竖直伸缩的锁位驱动杆107、设置在锁位驱动杆107端部且用于与变向从动齿轮组104啮合或分离且形状为扇形齿的锁位咬合齿109；设置在锁位导向套108上的锁位导向支座110、设置在锁位驱动杆107上的锁位定位孔113、设置在锁位导向支座110上且运动方向与锁位驱动杆107垂直的锁位卡位推杆111、以及设置在锁位卡位推杆111前端且用于插入或离开锁位定位孔113的锁位卡位锥销112；
当锁位咬合齿109与变向从动齿轮组104啮合时，锁位卡位锥销112上插入到锁位定位孔113中；在锁位导向套108或底座100上设置有锁位卡位锥销112运动的导向孔；
锁位装置106至少一组分别在底座100上。
支撑装置114包括与外壳体103同轴且设置在机架101上的支撑环形轨道119、两个设置在外壳体103上的支撑轴肩115、设置在支撑轴肩115之间且套装在外壳体103上的支撑旋转套116、同轴设置在支撑旋转套116外侧壁上的支撑从动齿轮117、设置在机架101上且与支撑从动齿轮117啮合的支撑驱动齿轮118、上端铰接支撑旋转套116外侧壁上或插入在支撑旋转套116外侧壁对应工艺孔中的支撑辅助推杆120、以及设置在支撑辅助推杆120下端且位于支撑环形轨道119内的支撑尾座121；
支撑辅助推杆120为三个且均布设置。
还包括电控装置；
电控装置包括安装在外壳体103上端或外壳体103的检测杆上的陀螺仪、与陀螺仪电连接的串口控制装置、导航计算机、中控机、以及控制器；
陀螺仪，当风吹外壳体103或检测杆时，风吹外壳体103或检测杆产生侧倾变形，陀螺仪采集其侧倾变形参数变为电流信号；
串口控制装置，接收陀螺仪输出的电流信号转为频率信号，计算出电流值后输出信号；
导航计算机，接收串口控制装置输出信号，并将控制信号输出；
中控机，作为发电装置的主计算机，接收导航计算机的信息，并生产日志反馈给工作人员，中控机向导航计算机发送心跳信号，通过心跳信号检测导航计算机运行状态，当导航计算机为反馈心跳信号，中控机启动备用计算机并替代导航计算机；
控制器，接收中控机或导航计算机的控制信号，控制对应执行机构动作。
串口控制装置包括用于接收陀螺仪电流信号的电流/频率转换电路1与输入端与电流/频率转换电路1电连接且输出端与导航计算机电连接的频率串口输出电路2；
电流/频率转换电路1包括积分器模块11、比较器模块12、逻辑电路模块13、开关电路14、以及恒流源电路15；
积分器11对输入电流lin进行积分；比较器模块12将积分器11的积分输出电压与比较器模块12的阈值电压比较；当积分输出电压达到比较器阈值时，比较器模块12输出电压翻转，逻辑电路模块13输出脉冲频率；开关电路14接收输出的脉冲频率后，恒流源电路15对积分器11提供复位电流；
频率串口输出电路2包括数字隔离电路21、内嵌ARM核的处理器22、以及串口收发器23；
数字隔离电路21接收逻辑电路模块13输出的脉冲频率；处理器22接收数字隔离电路21的信号，处理器22通过ARM核中的编程，计算电流值；
串口收发器23通过通用异步收发传输器UART接收计算的电流值，并经其发送给导航计算机。
在ARM核的FPGA中编写两个的计数器，一个计数器用来接收正通道输出频率，一个计数器用来接收负通道输出频率；计数器测算的频率值通过FPGA的内部总线传输到ARM核中进行运算，将频率换算成输入的电流；
ARM中运算基于电流/频率转换电路输入输出关系的线性公式：
fout＝k·Iin+fzero；
式中：fout——正负通道输出频率；k——标度因数；Iin——输入电流；fzero——输出零偏。
按线性公式计算电流/频率转换电路的输入电流：
Figure BDA0002556932170000101
在串口收发器23的串口传输中设置有握手协议，即导航计算机通过串口向ARM发送同步字节0xAA或0x55，ARM在接受到同步字节后再用串口发送电流值给导航计算机；
积分器模块11包括积分器U3A、以及连接在积分器U3A脚1与恒流源电路(15)之间的电容C1,积分器U3A脚2外接输入电流，脚3接地；
恒流源电路15包括与负电源电连接的电阻R1以及与正电源电连接的电阻R8；
比较器模块12包括电连接相同的比较器U2、U4；比较器U2、U4的输入端分别接积分器U3A输出端，比较器U2、U4的输出端分别接逻辑电路模块(13)的逻辑控制器的端口D；比较器U2、U4脚3接输入基准电压，基准电压为各自对应稳压管D1、D2的电压；
逻辑电路模块13包括电连接相同的逻辑控制器U1A、U1B；逻辑控制器U1A、U1B的端口D接输入信号，逻辑控制器U1A、U1B的端口CLK接时钟脉冲，端口CLR为清零端口；逻辑控制器U1A的端口Q输出正信号、逻辑控制器U1B的端口Q输出负信号；
开关电路14包括两个电连接相同的场效应管Q1、Q2；场效应管Q1、Q2的源极S各自接对应的电源；场效应管Q1、Q2的栅极G通过各自对应电阻接各自对应的逻辑控制器的端口Q.
底座100与机架101为支撑，发电风机102安装在外壳体103上，变向从动齿轮组104与变向驱动齿轮组105实现了角度调节，锁位装置106实现了抱死与受力传递功能，从而避免了外壳体旋转部位受力极大改善了受力性能，锁位驱动杆107实现驱动，锁位导向套108实现旋转支撑，锁位咬合齿109实现咬合，锁位导向支座110实现支撑，锁位卡位锥销112方便对中与插入伸出，锁位定位孔113起到辅助支撑改善锥销的受力性能，支撑轴肩115实现托举，支撑辅助推杆120通过伸长或拉短实现支撑旋转套116对外壳体的支撑，支撑从动齿轮117，支撑驱动齿轮118实习驱动，支撑环形轨道119从而方便导向与尾部支撑，支撑尾座121实现托举支撑。
如图1所示，本实施例的基于陀螺仪自动导航系统的发电装置安装方法，包括以下步骤：
首先，在机架上加工支撑环形轨道119，在地基上预制底座100与机架101，在支撑旋转套116上安装支撑从动齿轮117；然后，在外壳体103上安装支撑轴肩115与变向从动齿轮组104，在支撑轴肩115之间安装有支撑旋转套116；其次，在底座100上安装外壳体103以及与变向从动齿轮组104啮合的变向驱动齿轮组105，调整变向从动齿轮组104与变向驱动齿轮组105的间隙，保证外壳体103与支撑环形轨道119的同轴度＜0.1mm，在外壳体103上直接或通过测试杆安装陀螺仪，在外壳体103上安装发电风机102；再次，在底座100安装锁位导向套108，在锁位导向套108中安装锁位驱动杆107，在锁位驱动杆107端部安装与变向从动齿轮组104啮合的锁位咬合齿109，在锁位导向套108上通过锁位导向支座110安装锁位卡位推杆111，在锁位卡位推杆111端头安装锁位卡位锥销112；再后来，通过调整变向从动齿轮组104与锁位咬合齿109的啮合间隙，在安装锁位驱动杆107上配钻与锁位卡位锥销112对应的锁位定位孔113，在底座100配钻与锁位卡位锥销112对应的导向孔，卡位锥销112插入到锁位定位孔113与导向孔中；紧接着，在支撑环形轨道119中安装三个支撑尾座121，调节支撑尾座121与支撑环形轨道119的接触间隙，在支撑尾座121与支撑旋转套116之间连接支撑辅助推杆120，在机架101上安装与支撑从动齿轮117啮合的支撑驱动齿轮118；再后来，调节支撑辅助推杆120长度，使得每一米长度范围内支撑旋转套116与外壳体103同轴度＜0.1mm；最后，将陀螺仪依次与串口控制装置与导航计算机，导航计算机与中控机、以及控制器电连接。
本实施例的基于陀螺仪自动导航系统的发电装置控制方法，当风力增大后，执行以下步骤；
步骤一一，首先，外壳体103上端或检测杆发生倾斜变形，陀螺仪将检测到的倾斜角度与方向信号变成电流信号，输送给串口控制装置；然后，积分器11对输入电流lin进行积分；其次，比较器模块12将积分器11的积分输出电压与比较器模块12的阈值电压比较；再次，当积分输出电压达到比较器阈值时，比较器模块12产生方波信号，并将输出电压翻转并给逻辑电路模块13；紧接着，逻辑电路模块13输出脉冲频率；再后来，当开关电路14接收输出的脉冲频率后，恒流源电路15对积分器11提供复位电流，使得积分器11产生三角波，同时电流/频率转换电路1形成闭环；
其中，逻辑电路模块13输出脉冲频率时，逻辑电路模块13的闸门开关开启之前，逻辑电路模块13的计数器一直处于清零状态，当闸门开启后，计数器检测待测信号的电平跳变沿，每检测到一个上升沿，频率计加一；当闸门关闭后，计数器不再累加，数据锁存到串口发送缓存区，等待发送，发送完毕后，计数器清零等待下一次计数；
步骤一二，频率串口输出电路2接收到逻辑电路模块13输出脉冲频率后，首先，数字隔离电路21接收逻辑电路模块13输出的脉冲频率，防止频率在传输过程中受到干扰；然后，处理器22接收数字隔离电路21的信号，处理器22通过ARM核中的编程，计算电流值；其次，串口收发器23通过通用异步收发传输器UART接收计算的电流值，并经其发送给导航计算机；再次，导航计算机发送指令，控制器根据指令进行控制执行机构动作；
步骤一三，首先，支撑驱动齿轮118的控制电机得到指令，通过支撑从动齿轮117驱动支撑旋转套116旋转，支撑尾座121在支撑环形轨道119中滚动，使得其中一个支撑辅助推杆120位于风向背侧；然后，启动推杆电机，支撑辅助推杆120动作，通过驱动支撑旋转套116将外壳体103反向牵引，从而使得外壳体103施加与风向相反的作用力。
其中，在处理器22计算处理中，首先，在ARM核的FPGA中编写两个的计数器；然后，其中一个计数器接收正通道输出频率，另一个计数器接收负通道输出频率；其次，计数器测算的频率值通过FPGA的内部总线传输到ARM核中进行运算，将频率换算成输入的电流；
其中，在处理器22计算处理中，ARM中运算基于电流/频率转换电路输入输出关系的线性公式：
fout＝k·Iin+fzero；
式中：fout——正负通道输出频率；k——标度因数；Iin——输入电流；fzero——输出零偏。
按线性公式计算电流/频率转换电路的输入电流：
Figure BDA0002556932170000131
其中，根据握手协议，导航计算机通过串口向ARM发送同步字节0xAA或0x55，ARM在接受到同步字节后再用串口发送电流值给导航计算机。
一种电流/频率转换器，主要分为电流/频率转换电路1和频率串口输出电路2两部分。电流/频率转换电路1包括积分器模块11、比较器模块12、逻辑电路模块13、开关电路14和恒流源电路15。频率串口输出电路2包括数字隔离电路21、处理器22和串口收发器23。处理器的功能由内嵌ARM核的FPGA来完成，FPGA采用MICROSEMI公司Smartfusion系列的A2F060。
串口输出型电流/频率转换器电流/频率转换电路基本原理为输入电流经积分器11进行积分时，积分器输出电压与比较器12设置的阈值电压相比较，当积分输出电压达到比较器阈值时比较器输出电压翻转，使逻辑电路13输出脉冲频率，进而通过开关14控制恒流源电路15为积分器提供复位电流。逻辑电路13输出的脉冲频率通过数字隔离电路21输入到处理器22中，数字隔离电路21的作用是防止频率在传输过程中受到干扰。在ARM中用C语言完成编程，计算出的电流值再通过UART传输到串口收发器23中，通过串口收发器23发送到导航计算机。
在FPGA中用VHDL语言编写两个32位的计数器，1个计数器用来接收正通道输出频率，1个计数器用来接收负通道输出频率。频率技术如下过程如下：
闸门开关开启之前，计数器一直处于清零状态，当闸门开启后，计数器检测待测信号的电平跳变沿，每检测到一个“上升沿”，频率计加一。当闸门关闭后，计数器不再累加，数据锁存到串口发送缓存区，等待发送，发送完毕后，计数器清零等待下一次计数(流程图)。
计数器测算的频率值通过FPGA的内部总线传输到ARM核中进行运算，将频率换算成输入的电流。
ARM中运算基于电流/频率转换电路输入输出关系的线性公式：
fout＝k·Iin+fzero
fout＝k·Iin+fzero
式中：
fout——正负通道输出频率；
k——标度因数；
Iin——输入电流；
fzero——输出零偏。
按线性公式计算电流/频率转换电路的输入电流：
Figure BDA0002556932170000141
为了保证ARM和导航计算机串口收发的逻辑同步，在串口传输中增加握手协议，即导航计算机通过串口向ARM发送同步字节0xAA或0x55，ARM在接受到同步字节后再用串口发送电流值给导航计算机。
用本发明给出的电路制作的串口输出型电流/频率转换器，简化电流/频率转换器与导航系统的对接，便于用户校准调试，减少用户的研发时间，同时减少占用导航计算机的资源。
现有的电流/频率转换器为频率输出，与导航系统的对接比较复杂，导航系统必须将频率换算为电流才能用于导航校准、计算，这不仅增加了用户的研发时间，同时也占用了一部分导航系统的资源。

Claims (7)

1.一种基于陀螺仪自动导航系统的发电装置控制方法，其特征在于:当风力增大后，执行以下步骤；
步骤一一，首先，外壳体(103)上端或检测杆发生倾斜变形，陀螺仪将检测到的倾斜角度与方向信号变成电流信号，输送给串口控制装置；然后，积分器(11)对输入电流lin进行积分；其次，比较器模块(12)将积分器(11)的积分输出电压与比较器模块(12)的阈值电压比较；再次，当积分输出电压达到比较器阈值时，比较器模块(12)产生方波信号，并将输出电压翻转并给逻辑电路模块(13)；紧接着，逻辑电路模块(13)输出脉冲频率；再后来，当开关电路(14)接收输出的脉冲频率后，恒流源电路(15)对积分器(11)提供复位电流，使得积分器(11)产生三角波，同时电流/频率转换电路(1)形成闭环；
其中，逻辑电路模块(13)输出脉冲频率时，逻辑电路模块(13)的闸门开关开启之前，逻辑电路模块(13)的计数器一直处于清零状态，当闸门开启后，计数器检测待测信号的电平跳变沿，每检测到一个上升沿，频率计加一；当闸门关闭后，计数器不再累加，数据锁存到串口发送缓存区，等待发送，发送完毕后，计数器清零等待下一次计数；
步骤一二，频率串口输出电路(2)接收到逻辑电路模块(13)输出脉冲频率后，首先，数字隔离电路(21)接收逻辑电路模块(13)输出的脉冲频率，防止频率在传输过程中受到干扰；然后，处理器(22)接收数字隔离电路(21)的信号，处理器(22)通过ARM核中的编程，计算电流值；其次，串口收发器(23)通过通用异步收发传输器UART接收计算的电流值，并经其发送给导航计算机；再次，导航计算机发送指令，控制器根据指令进行控制执行机构动作；
步骤一三，首先，支撑驱动齿轮(118)的控制电机得到指令，通过支撑从动齿轮(117)驱动支撑旋转套(116)旋转，支撑尾座(121)在支撑环形轨道(119)中滚动，使得其中一个支撑辅助推杆(120)位于风向背侧；然后，启动推杆电机，支撑辅助推杆(120)动作，通过驱动支撑旋转套(116)将外壳体(103)反向牵引，从而使得外壳体(103)施加与风向相反的作用力。
2.根据权利要求1所述的基于陀螺仪自动导航系统的发电装置控制方法，其特征在于:
其中，在处理器(22)计算处理中，首先，在ARM核的FPGA中编写两个的计数器；然后，其中一个计数器接收正通道输出频率，另一个计数器接收负通道输出频率；其次，计数器测算的频率值通过FPGA的内部总线传输到ARM核中进行运算，将频率换算成输入的电流；
其中，在处理器(22)计算处理中，ARM中运算基于电流/频率转换电路输入输出关系的线性公式：
fout＝k·Iin+fzero；
式中：fout——正负通道输出频率；k——标度因数；Iin——输入电流；fzero——输出零偏。
按线性公式计算电流/频率转换电路的输入电流：
Figure FDA0002556932160000021
其中，根据握手协议，导航计算机通过串口向ARM发送同步字节0xAA或0x55，ARM在接受到同步字节后再用串口发送电流值给导航计算机。
3.一种风方向改变后发电装置控制方法，其特征在于:基于陀螺仪自动导航系统；当风方向改变后，执行以下步骤；
步骤二一，首先，外壳体(103)上端或检测杆发生倾斜变形，陀螺仪将检测到的倾斜角度与方向信号变成电流信号，输送给串口控制装置；然后，积分器(11)对输入电流lin进行积分；其次，比较器模块(12)将积分器(11)的积分输出电压与比较器模块(12)的阈值电压比较；再次，当积分输出电压达到比较器阈值时，比较器模块(12)产生方波信号，并将输出电压翻转并给逻辑电路模块(13)；紧接着，逻辑电路模块(13)输出脉冲频率；再后来，当开关电路(14)接收输出的脉冲频率后，恒流源电路(15)对积分器(11)提供复位电流，使得积分器(11)产生三角波，同时电流/频率转换电路(1)形成闭环；
其中，逻辑电路模块(13)输出脉冲频率时，逻辑电路模块(13)的闸门开关开启之前，逻辑电路模块(13)的计数器一直处于清零状态，当闸门开启后，计数器检测待测信号的电平跳变沿，每检测到一个上升沿，频率计加一；当闸门关闭后，计数器不再累加，数据锁存到串口发送缓存区，等待发送，发送完毕后，计数器清零等待下一次计数；
步骤二二，频率串口输出电路(2)接收到逻辑电路模块(13)输出脉冲频率后，首先，数字隔离电路(21)接收逻辑电路模块(13)输出的脉冲频率，防止频率在传输过程中受到干扰；然后，处理器(22)接收数字隔离电路(21)的信号，处理器(22)通过ARM核中的编程，计算电流值；其次，串口收发器(23)通过通用异步收发传输器UART接收计算的电流值，并经其发送给导航计算机；再次，导航计算机发送指令，控制器根据指令进行控制执行机构动作；
步骤二三，首先，锁位卡位推杆(111)根据指令离开锁位定位孔(113)；然后，锁位驱动杆(107)根据指令沿着锁位导向套(108)驱动锁位咬合齿(109)与变向从动齿轮组(104)分离；再次，变向驱动齿轮组(105)根据指令通过变向从动齿轮组(104)驱动外壳体(103)旋转设定角度，使得发电风机(102)的叶片旋转面与风向垂直；
步骤二四，首先，锁位驱动杆(107)根据指令沿着锁位导向套(108)驱动锁位咬合齿(109)与变向从动齿轮组(104)啮合；然后，锁位卡位推杆(111)根据指令进入锁位定位孔(113)；
步骤二五，首先，支撑驱动齿轮(118)的控制电机得到指令，通过支撑从动齿轮(117)驱动支撑旋转套(116)旋转，支撑尾座(121)在支撑环形轨道(119)中滚动，使得其中一个支撑辅助推杆(120)位于风向背侧；然后，启动推杆电机，支撑辅助推杆(120)动作，通过驱动支撑旋转套(116)将外壳体(103)反向牵引，从而使得外壳体(103)施加与风向相反的作用力。
4.一种基于陀螺仪自动导航系统的导航方法，其特征在于:包括以下步骤：
步骤一一，首先，陀螺仪将检测到的倾斜角度与方向信号变成电流信号，输送给串口控制装置；然后，积分器(11)对输入电流lin进行积分；其次，比较器模块(12)将积分器(11)的积分输出电压与比较器模块(12)的阈值电压比较；再次，当积分输出电压达到比较器阈值时，比较器模块(12)产生方波信号，并将输出电压翻转并给逻辑电路模块(13)；紧接着，逻辑电路模块(13)输出脉冲频率；再后来，当开关电路(14)接收输出的脉冲频率后，恒流源电路(15)对积分器(11)提供复位电流，使得积分器(11)产生三角波，同时电流/频率转换电路(1)形成闭环；
其中，逻辑电路模块(13)输出脉冲频率时，逻辑电路模块(13)的闸门开关开启之前，逻辑电路模块(13)的计数器一直处于清零状态，当闸门开启后，计数器检测待测信号的电平跳变沿，每检测到一个上升沿，频率计加一；当闸门关闭后，计数器不再累加，数据锁存到串口发送缓存区，等待发送，发送完毕后，计数器清零等待下一次计数；
步骤一二，频率串口输出电路(2)接收到逻辑电路模块(13)输出脉冲频率后，首先，数字隔离电路(21)接收逻辑电路模块(13)输出的脉冲频率，防止频率在传输过程中受到干扰；然后，处理器(22)接收数字隔离电路(21)的信号，处理器(22)通过ARM核中的编程，计算电流值；其次，串口收发器(23)通过通用异步收发传输器UART接收计算的电流值，并经其发送给导航计算机；再次，导航计算机发送指令，控制器根据指令进行控制执行机构动作。
5.根据权利要求4所述的基于陀螺仪自动导航系统的导航方法，其特征在于:其中，在处理器(22)计算处理中，首先，在ARM核的FPGA中编写两个的计数器；然后，其中一个计数器接收正通道输出频率，另一个计数器接收负通道输出频率；其次，计数器测算的频率值通过FPGA的内部总线传输到ARM核中进行运算，将频率换算成输入的电流。
6.根据权利要求4所述的基于陀螺仪自动导航系统的导航方法，其特征在于:其中，在处理器(22)计算处理中，ARM中运算基于电流/频率转换电路输入输出关系的线性公式：
fout＝k·Iin+fzero；
式中：fout——正负通道输出频率；k——标度因数；Iin——输入电流；fzero——输出零偏。
按线性公式计算电流/频率转换电路的输入电流：
Figure FDA0002556932160000041
7.根据权利要求5所述的基于陀螺仪自动导航系统的导航方法，其特征在于:其中，根据握手协议，导航计算机通过串口向ARM发送同步字节0xAA或0x55，ARM在接受到同步字节后再用串口发送电流值给导航计算机。
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贺勇 等: "基于DSP+FPGA的导航计算机数据采集与处理硬件设计", 《火力与指挥控制》 *

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