CN113437864A - 一种光纤陀螺惯性定位定向系统电源分时启动模块及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光纤陀螺惯性定位定向系统电源分时启动模块及方法,通过构建包括DC模块、单片机和分时启动控制电路的分时启动模块,并根据后续电路中不同数量的光纤陀螺仪以及信号处理板构建了控制方法,实现了在不同时刻多只光纤陀螺和信号处理板分别完成电流闭环的分时启动。解决了现有电源技术启动时电流大、正常工作时发热大的性能问题,以及不能满足功耗低、体积小、重量轻、成本低的技术要求的问题。同时电源分时启动模块同时具备了控制时序灵活、安装简单、启动可靠性高的优点。
Description
技术领域
本发明属于惯性定位定向系统技术领域,尤其是一种光纤陀螺惯性定位定向系统电源分时启动模块及方法。
背景技术
随着光纤陀螺惯性定位定向系统的应用,对导航系统的应用领域不断扩展。炮用和航空领域需要轻量化的系统设计,在满足各项技术指标的同时,对系统提出了功耗低、体积小、重量轻、成本低的新需求。
单只光纤陀螺启动时电流可达6A,而正常工作时电流只有0.2A。传统的惯性定位定向系统电源设计采用同时启动的设计方案,三只光纤陀螺和信号处理板同时启动,这要求电源功率裕量足够大,至少100W才能满足启动过程中短时间内大电流的供电要求。这必然导致电源的设计指标裕量大、DC模块功耗大、体积大、重量大等问题。因此现有的光纤陀螺惯性定位定向系统的电源启动方案存在不能满足功耗低、体积小、重量轻、成本低的技术要求的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提出一种光纤陀螺惯性定位定向系统电源分时启动模块及方法,解决了现有电源模块启动时电流大、正常工作时发热大的性能问题,以及不能满足功耗低、体积小、重量轻、成本低的技术要求的问题。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
一种光纤陀螺惯性定位定向系统电源分时启动模块,包括DC模块、单片机和分时启动控制电路,所述单片机、分时启动控制电路和DC模块依次连接,单片机通过分时启动控制电路控制信号G控制DC模块,DC模块的输入端连接输入电源,DC模块的输出端分别连接信号处理版、光纤陀螺仪和加速度计。
而且,所述DC模块包括+5VDC模块、-5VDC模块、±12VDC模块,其中分时启动控制电路分别连接+5VDC模块和-5VDC模块,+5VDC模块的输出端分别连接信号处理版和光纤陀螺仪,-5VDC模块连接光纤陀螺仪,±12VDC模块连接加速度计。
而且,所述分时启动控制电路包括多个分时启动控制子电路,每个光纤陀螺仪和加速度计均对应一个分时启动控制子电路。
而且,所述多个分时启动控制子电路均包括:电阻R4、电阻R6、电阻R7、电阻R9、电阻R11、电容C8、电容C11、第一TLP181光电耦合器、第二TLP181光电耦合器、第一IRF7413MOS管、第二IRF7413MOS管、钳位二极管V3和钳位二极管V4,电阻R4的一端连接+3.3V电源、电阻R4的另一端分别连接第一TLP181光电耦合器和第二TLP181光电耦合器的IN1管脚,控制信号G分别连接第一TLP181光电耦合器和第二TLP181光电耦合器的CEXO管脚,第一TLP181光电耦合器的OUT1管脚通过电阻R6连接光纤陀螺+5V电源输入端,第一TLP181光电耦合器的OUT2管脚分别连接钳位二极管V3的负极、电容C8的一端和电阻R9的一端,电阻R9的另一端连接第一IRF7413MOS管的接地管脚,第一IRF7413MOS管的S1管脚、S2管脚、S3管脚、钳位二极管V3的正极和电容C8的另一端分别连接电阻R7的一端和接地,第一IRF7413MOS管的D5管脚、D6管脚、D7管脚和D8管脚分别连接控制信号G或接地,电阻R7的另一端连接第二TLP181光电耦合器的OUT1管脚,第二TLP181光电耦合器的OUT2管脚分别连接钳位二极管V4的负极、电容C11的一端和电阻R11的一端,电阻R11的另一端连接第二IRF7413MOS管的接地管脚,第一IRF7413MOS管的S1管脚、S2管脚、S3管脚、钳位二极管V4的正极和电容C11的另一端分别连接光纤陀螺-5V电源输入端、第二IRF7413MOS管的D5管脚、D6管脚、D7管脚和D8管脚分别连接控制信号G或-5V电源。
一种光纤陀螺惯性定位定向系统的电源分时启动模块的启动方法,包括以下步骤:
步骤1、上电启动,给各个DC模块进行供电;
步骤2、单片机根据光纤陀螺仪启动顺序,按顺序控制各个光纤陀螺仪对应的分时启动控制子电路对各个光纤陀螺仪进行启动;
步骤3、当各个光纤陀螺仪启动完毕后,单片机控制信号处理板对应的分时启动控制子电路进行启动,最终单片机控制下,电源分时启动模块在不同时刻通过电流闭环,实现分时启动。
本发明的优点和积极效果是:
本发明通过构建包括DC模块、单片机和分时启动控制电路的分时启动模块,并根据后续电路中不同数量的光纤陀螺仪以及信号处理板构建了控制方法,实现了在不同时刻多只光纤陀螺和信号处理板分别完成电流闭环的分时启动。解决了现有电源技术启动时电流大、正常工作时发热大的性能问题,以及不能满足功耗低、体积小、重量轻、成本低的技术要求的问题。同时电源分时启动模块同时具备了控制时序灵活、安装简单、启动可靠性高的优点。
附图说明
图1为本发明模块的结构框图;
图2为本发明的分时启动控制子电路电路图;
图3为本发明的工作原理图;
图4为本发明的方法分时启动时序示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
一种光纤陀螺惯性定位定向系统电源分时启动模块及方法,如图1所示,包括DC模块、单片机和分时启动控制电路,所述单片机连接分时启动控制电路通过控制信号G控制DC模块,DC模块的输入端连接输入电源,DC模块的输出端分别连接信号处理版、光纤陀螺仪和加速度计。
DC模块包括+5VDC模块、-5VDC模块、±12VDC模块,其中+5VDC模块功率40W可提供8A电流;-5V模块5W,可提供1A电流;±12VDC模块12W,可提供正负电源电流0.5A,分时启动控制电路分别连接+5VDC模块和-5VDC模块,+5VDC模块的输出端分别连接信号处理版和光纤陀螺仪,-5VDC模块连接光纤陀螺仪,±12VDC模块连接加速度计。
由于光纤陀螺内部光源工作原理,每只光纤陀螺启动时,+5VDC模块最大冲击电流可达6A,时间200us;正常工作后,为0.2A。-5VDC模块从启动到稳定工作均为0.1A电流。信号处理板从启动到稳定工作,电流均在1A。加速度计从启动到稳定工作,±12VDC模块电流均在0.3A。
分时启动控制电路包括4个分时启动控制子电路。如图2所示,多个分时启动控制子电路均包括:电阻R4、电阻R6、电阻R7、电阻R9、电阻R11、电容C8、电容C11、第一TLP181光电耦合器、第二TLP181光电耦合器、第一IRF7413MOS管、第二IRF7413MOS管、钳位二极管V3和钳位二极管V4,电阻R4的一端连接+3.3V电源、电阻R4的另一端分别连接第一TLP181光电耦合器和第二TLP181光电耦合器的IN1管脚,控制信号Gx分别连接第一TLP181光电耦合器和第二TLP181光电耦合器的CEXO管脚,第一TLP181光电耦合器的OUT1管脚通过电阻R6连接光纤陀螺+5V电源输入端,第一TLP181光电耦合器的OUT2管脚分别连接钳位二极管V3的负极、电容C8的一端和电阻R9的一端,电阻R9的另一端连接第一IRF7413MOS管的接地管脚,第一IRF7413MOS管的S1管脚、S2管脚、S3管脚、钳位二极管V3的正极和电容C8的另一端分别连接电阻R7的一端和接地,第一IRF7413MOS管的D5管脚、D6管脚、D7管脚和D8管脚分别连接控制信号Gx或接地,电阻R7的另一端连接第二TLP181光电耦合器的OUT1管脚,第二TLP181光电耦合器的OUT2管脚分别连接钳位二极管V4的负极、电容C11的一端和电阻R11的一端,电阻R11的另一端连接第二IRF7413MOS管的接地管脚,第一IRF7413MOS管的S1管脚、S2管脚、S3管脚、钳位二极管V4的正极和电容C11的另一端分别连接光纤陀螺-5V电源输入端、第二IRF7413MOS管的D5管脚、D6管脚、D7管脚和D8管脚分别连接控制信号Gx或-5V电源。
其中,钳位二极管V3和钳位二极管V4用于保护第一IRF7413MOS管和第二IRF7413MOS管,防止其栅-源电压过高击穿MOS管。当控制信号Gx为高电平时,第一TLP181光电耦合器和第二TLP181光电耦合器,第一IRF7413MOS管和第二IRF7413MOS管的栅-源电压Vgs小于导通电压,MOS管关断,光纤陀螺+5V输入端的GND与DC模块的输出地断开,光纤陀螺-5V输入端与DC模块的输出-5V断开;当控制信号Gx为低电平时,第一IRF7413MOS管和第二IRF7413MOS管的栅-源电压Vgs大于导通电压,光纤陀螺+5V输入端的GND与DC模块的输出地导通,光纤陀螺-5V输入端与DC模块的输出-5V导通,此时光纤陀螺±5V供电电流完成闭路,X陀螺启动。同样,之后分别控制光纤陀螺Y的Gy、光纤陀螺Z的Gz、信号处理包含JS信号,启动Y陀螺、Z陀螺和信号处理板。
如图3所示,+5VDC模块的接地端和-5VDC模块的接地端相连,+5VDC模块的+5V输出端分别连接X陀螺、Y陀螺、Z陀螺和信号处理板的一端,+5VDC模块的接地端通过开关1连接X陀螺的接地端,+5VDC模块的接地端通过开关2连接Y陀螺的接地端,+5VDC模块的接地端通过开关3连接Z陀螺的接地端,+5VDC模块的接地端通过开关7连接信号处理板的接地端,-5VDC模块的-5V输出端通过开关4连接X陀螺的另一输入端,-5VDC模块的-5V输出端通过开关5连接Y陀螺的另一输入端,-5VDC模块的-5V输出端通过开关6连接Z陀螺的另一输入端,分时启动控制电路的控制信号Gx控制开关1和开关4,分时启动控制电路的控制信号Gy控制开关2和开关5,分时启动控制电路的控制信号Gz控制开关3和开关6,分时启动控制电路的控制信号JS控制开关7。
一种光纤陀螺惯性定位定向系统电源分时启动模块及方法的启动方法:图4所示,包括以下步骤:
步骤1、T1时刻给各个DC模块进行供电;
步骤2、单片机发送Gx控制信号,在电路驱动下闭合开关1和开关4,完成X陀螺+5V和-5V电流闭路;
步骤3、单片机发送Gy控制信号,在电路驱动下闭合开关2和开关5,完成Y陀螺+5V和-5V电流闭路;
步骤4、单片机发送Gz控制信号,在电路驱动下闭合开关3和开关6,完成Z陀螺+5V和-5V电流闭路;
步骤5、单片机发送JS控制信号,在电路驱动下闭合7,完成信号处理板5V电流闭路。
本发明成功应用在某型炮用光纤陀螺惯性定位定向系统上,并完成各项鉴定实验,交付用户使用,证明本发明的电源启动技术可行、有效,各项指标均满足系统要求。
需要强调的是,本发明所述的实施例是说明性的,而不是限定性的,因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例,凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式,同样属于本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种光纤陀螺惯性定位定向系统电源分时启动模块,其特征在于:包括DC模块、单片机和分时启动控制电路,所述单片机、分时启动控制电路和DC模块依次连接,单片机通过分时启动控制电路控制信号G控制DC模块,DC模块的输入端连接输入电源,DC模块的输出端分别连接信号处理版、光纤陀螺仪和加速度计。
2.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺惯性定位定向系统电源分时启动模块及方法,其特征在于:所述DC模块包括+5VDC模块、-5VDC模块、±12VDC模块,其中分时启动控制电路分别连接+5VDC模块和-5VDC模块,+5VDC模块的输出端分别连接信号处理版和光纤陀螺仪,-5VDC模块连接光纤陀螺仪,±12VDC模块连接加速度计。
3.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺惯性定位定向系统电源分时启动模块及方法,其特征在于:所述分时启动控制电路包括多个分时启动控制子电路,每个光纤陀螺仪和加速度计均对应一个分时启动控制子电路。
4.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺惯性定位定向系统电源分时启动模块及方法,其特征在于:所述多个分时启动控制子电路均包括:电阻R4、电阻R6、电阻R7、电阻R9、电阻R11、电容C8、电容C11、第一TLP181光电耦合器、第二TLP181光电耦合器、第一IRF7413MOS管、第二IRF7413MOS管、钳位二极管V3和钳位二极管V4,电阻R4的一端连接+3.3V电源、电阻R4的另一端分别连接第一TLP181光电耦合器和第二TLP181光电耦合器的IN1管脚,控制信号G分别连接第一TLP181光电耦合器和第二TLP181光电耦合器的CEXO管脚,第一TLP181光电耦合器的OUT1管脚通过电阻R6连接光纤陀螺+5V电源输入端,第一TLP181光电耦合器的OUT2管脚分别连接钳位二极管V3的负极、电容C8的一端和电阻R9的一端,电阻R9的另一端连接第一IRF7413MOS管的接地管脚,第一IRF7413MOS管的S1管脚、S2管脚、S3管脚、钳位二极管V3的正极和电容C8的另一端分别连接电阻R7的一端和接地,第一IRF7413MOS管的D5管脚、D6管脚、D7管脚和D8管脚分别连接控制信号G或接地,电阻R7的另一端连接第二TLP181光电耦合器的OUT1管脚,第二TLP181光电耦合器的OUT2管脚分别连接钳位二极管V4的负极、电容C11的一端和电阻R11的一端,电阻R11的另一端连接第二IRF7413MOS管的接地管脚,第一IRF7413MOS管的S1管脚、S2管脚、S3管脚、钳位二极管V4的正极和电容C11的另一端分别连接光纤陀螺-5V电源输入端、第二IRF7413MOS管的D5管脚、D6管脚、D7管脚和D8管脚分别连接控制信号G或-5V电源。
5.一种如权利要求1至4任一项所述的光纤陀螺惯性定位定向系统的电源分时启动模块的启动方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1、上电启动,给各个DC模块进行供电;
步骤2、单片机根据光纤陀螺仪启动顺序,按顺序控制各个光纤陀螺仪对应的分时启动控制子电路对各个光纤陀螺仪进行启动;
步骤3、当各个光纤陀螺仪启动完毕后,单片机控制信号处理板对应的分时启动控制子电路进行启动,最终单片机控制下,电源分时启动模块在不同时刻通过电流闭环,实现分时启动。
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CN115877894A (zh) * | 2023-02-13 | 2023-03-31 | 西安航天精密机电研究所 | 一种高可靠宇航用液浮陀螺启动控制系统及方法 |
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