在民用市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)載吊艙陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)大多采用模擬伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" 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title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器" title="伺服控制器">伺服控制器">伺服控制器">伺服控制器,，存在多方面的缺陷,，比如：體積大，笨重,，容易產(chǎn)生漂移,，不易調(diào)整，伺服控制效果不好,，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信等,，因此無(wú)法采用諸如FPGA這樣的芯片去處理運(yùn)動(dòng)信號(hào)，成了性能無(wú)法提升的瓶頸,，不能很好地滿足市場(chǎng)需求,。

    Elmo公司的Whistle系列數(shù)字伺服控制器，體積小,、重量輕,、提供數(shù)字輸入與輸出接口，提供RS232與CAN總線2種通信方式,，可編程,。采用Elmo Whistle數(shù)字伺服控制器,，通過(guò)編程,，僅需設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單的一部分外圍電路，就能實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜的功能,，體現(xiàn)出極大的優(yōu)越性,。但目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用這一控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)載吊艙陀螺穩(wěn)定平臺(tái)的廠家比較少,，因此可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)非常有限。本文通過(guò)仔細(xì)研讀Elmo相關(guān)文檔,，設(shè)計(jì)出了符合性能指標(biāo)的機(jī)載陀螺穩(wěn)定平臺(tái),。

1 吊艙及陀螺穩(wěn)定平臺(tái)

    吊艙是指懸掛在運(yùn)動(dòng)載體(如飛機(jī)、船舶)外的艙體有效載荷容器裝置,。它的作用主要是隔離載機(jī)的姿態(tài)變化和機(jī)械振動(dòng)對(duì)光電傳感器指向的影響,。吊艙系統(tǒng)由陀螺穩(wěn)定平臺(tái)伺服平臺(tái)、電視跟蹤系統(tǒng),、座艙顯示和控制系統(tǒng),、紅外測(cè)量系統(tǒng)、激光測(cè)距儀和GPS定位于測(cè)距數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng),、數(shù)據(jù)采集和記錄系統(tǒng),、吊艙環(huán)控系統(tǒng)等7部分組成。

    陀螺穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)主要用于穩(wěn)定機(jī)載吊艙上TV和紅外攝像機(jī)的視軸穩(wěn)定,，消除直升飛機(jī)飛行過(guò)程中由于搖擺帶來(lái)的干擾力矩,。這里設(shè)計(jì)的平臺(tái)屬于二軸四框架系統(tǒng)，分為方位軸和俯仰軸,。在每一個(gè)軸上安裝一個(gè)單自由度的光纖陀螺,，用來(lái)感應(yīng)干擾力矩。陀螺輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)放大濾波后,，送到Elmo伺服控制器,，由控制器智能處理陀螺信號(hào)。信號(hào)處理完畢之后,，由控制器的輸出部分,，驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定,。

2 穩(wěn)定平臺(tái)設(shè)計(jì)

2．1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

    此文設(shè)計(jì)的陀螺穩(wěn)定平臺(tái)主要是要保證各個(gè)光傳感器的視軸穩(wěn)定,。結(jié)合整個(gè)吊艙系統(tǒng)，主要是實(shí)現(xiàn)以下6個(gè)功能：

    1)現(xiàn)吊艙的穩(wěn)定控制,；2)實(shí)現(xiàn)吊艙的運(yùn)動(dòng)控制,；3)限位信號(hào)輸入；4)錯(cuò)誤指示電路,；5)LOCK電路,；6)串口通信。

    圖l為系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖,。

2．2 硬件電路設(shè)計(jì)

2．2．1 陀螺信號(hào)處理電路

    由于俄羅斯的Fizoptika VG94l-3AS光纖陀螺輸出信號(hào)非常微弱,，輸出比例因子只有3．3 mV／deg／s。對(duì)于這么微弱的信號(hào),，必須要先進(jìn)行小信號(hào)的放大電路處理,，才能傳送到Elmo伺服控制器,，進(jìn)行下一步的處理。這里要說(shuō)明的一點(diǎn)是,，并沒有對(duì)陀螺輸出信號(hào)進(jìn)行濾波處理,，原因在于Elmo伺服控制內(nèi)部已經(jīng)有了數(shù)字濾波電路，可以在調(diào)試時(shí)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置,，以達(dá)到濾波目的,。

    Elmo數(shù)字伺服控制器原本有2個(gè)模擬輸入口的，可直接將光纖陀螺的輸出信號(hào)接入數(shù)字伺服控制器,，但由于陀螺的隨機(jī)漂移大,，基本無(wú)規(guī)律可以遵循，每次開機(jī),，給陀螺供電時(shí),，陀螺的隨機(jī)輸出是不一樣的。所以,，應(yīng)設(shè)計(jì)陀螺信號(hào)處理電路,，一方面可以將陀螺的輸出信號(hào)按一定比例的放大，然后輸入到Elmo數(shù)字伺服控制中,，減少程序中的比例因子,，進(jìn)而減少Elmo數(shù)字伺服控制器內(nèi)部的噪聲對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，另一方面通過(guò)外接一只可調(diào)電阻,，實(shí)現(xiàn)每次開機(jī)的漂移量補(bǔ)償,，從而使吊艙保持平穩(wěn)狀態(tài)。

    Fizoptika VG941-3A光纖陀螺在載體靜止時(shí),，輸出電壓為2．5 V,。因此要保證載體靜止時(shí)，輸入到Elmo數(shù)字伺服控制模擬輸入口的電壓為0 V,，必須用一個(gè)精準(zhǔn)電壓芯片產(chǎn)生2．5 V的電壓,，通過(guò)放大器4558實(shí)現(xiàn)一個(gè)減法電路。在該減法電路中,，用REF02CZ產(chǎn)生5 V的電壓,，然后通過(guò)電阻分壓得到2．5 V基準(zhǔn)電壓。圖2為陀螺信號(hào)處理電路(減法電路)原理圖,。

2．2．2 電源電路設(shè)計(jì)

    這里的電源電路設(shè)計(jì)主要的目的是給各芯片提供基準(zhǔn)電壓,。TSMl212D用于產(chǎn)生±12 V基準(zhǔn)電源，給放大器4558和REF02CZ提供基準(zhǔn)電壓,，而REF02CZ用于產(chǎn)生+5 V基準(zhǔn)電壓,，給放大器提供參考電壓。圖3為電源電路原理圖,。

2．2．3 吊艙運(yùn)動(dòng)信號(hào)處理電路

    吊艙系統(tǒng)除了要實(shí)現(xiàn)基本的陀螺穩(wěn)定功能外,，還必須具備巡航、跟蹤等功能,。因此,，整個(gè)吊艙系統(tǒng)還有轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)、漂移信號(hào)的處理電路,。這兩個(gè)信號(hào)是通過(guò)控制面板(HCU)上相應(yīng)的開關(guān)按鈕來(lái)控制,。圖4為吊艙運(yùn)動(dòng)信號(hào)處理電路原理圖。

2．3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    Elmo Whistle數(shù)字化智能驅(qū)動(dòng)器的軟件結(jié)構(gòu)總體可分為2大部分：1)驅(qū)動(dòng)器本身的程序,，這個(gè)包括引導(dǎo)程序,，固件和個(gè)性化的設(shè)置。這些程序可以通過(guò)官方網(wǎng)站下載,，然后根據(jù)特定的驅(qū)動(dòng)器型號(hào)進(jìn)行燒錄,；2)用戶自己的程序，以實(shí)現(xiàn)用戶自行設(shè)計(jì)的功能,。

    在本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中,，主要完成陀螺穩(wěn)定的功能。通過(guò)采集Elmo Whistle控制器的模擬輸入口由光纖陀螺反饋回來(lái)的電壓信號(hào)AN[1],，在程序設(shè)定相應(yīng)的跟隨比例AG[2],，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的陀螺穩(wěn)定功能。這里的關(guān)鍵是參數(shù)AG[2]的確定,。這個(gè)參數(shù)首先有一個(gè)估算的過(guò)程,，估算完成后，可以在稍后的調(diào)試環(huán)節(jié)中進(jìn)行微調(diào),，最終實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的陀螺穩(wěn)定功能,。參數(shù)AG[2]可以按以下方法估算：

    1)在Smart Terminal界面中，將輸入AN[1]設(shè)定為1 V,，測(cè)量此時(shí)吊艙的轉(zhuǎn)速,，設(shè)為N，并在Smart Terminal界面中查看電機(jī)的轉(zhuǎn)速為S1,，單位為count／s,；

     2)光纖陀螺最大感應(yīng)輸出電壓為2．5 V，此時(shí)對(duì)應(yīng)吊艙的速度應(yīng)為M,，M的值在吊艙設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)設(shè)定,，為60(°)／s；此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為S2,，則S2的值為：S2=(60／N)xS1,；

    3)比例因子AG[2]=S2／2.5；

    Elmo Whistle內(nèi)部有可調(diào)用函數(shù),，通過(guò)相應(yīng)的設(shè)置語(yǔ)句,，控制器就可以根據(jù)判斷6個(gè)數(shù)字輸入口的狀態(tài),，執(zhí)行相應(yīng)的內(nèi)部函數(shù)。在本系統(tǒng)中,，體現(xiàn)為L(zhǎng)OCK信號(hào)功能,、限位信號(hào)功能以及指示輸出等。圖5為陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)的部分軟件流程圖,。

    為了真正實(shí)現(xiàn)機(jī)載吊艙的數(shù)字化,，在實(shí)現(xiàn)以上功能之外，本系統(tǒng)還就指令控制吊艙運(yùn)動(dòng)做了相應(yīng)的嘗試,。在原有的軟件模塊中,，通過(guò)判斷輸入口3的狀態(tài)．增加了一個(gè)串口通信模塊。如果檢測(cè)到控制器數(shù)字輸入口3為低電平,，則觸發(fā)串口通信模塊子程序,，向控制器發(fā)送控制狀態(tài)字，實(shí)現(xiàn)指令控制吊艙功能,。當(dāng)然,，這個(gè)功能也可以通過(guò)PC機(jī)向控制器發(fā)送相應(yīng)的指令實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

    配合Elmo公司的Studio界面和Recorder軟件,，可以分析機(jī)載吊艙陀螺穩(wěn)定平臺(tái)是否達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求,，并且在有必要的時(shí)候修改系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)和程序中的參數(shù)，以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo),。

    本系統(tǒng)最終設(shè)計(jì)出的機(jī)載吊艙陀螺穩(wěn)定平臺(tái),，應(yīng)用于目前的吊艙系統(tǒng)中，吊艙的穩(wěn)定性能達(dá)到50μrad,，俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)角度為-120°～+15°,，方位轉(zhuǎn)動(dòng)角度為360°連續(xù)，最大轉(zhuǎn)動(dòng)速度為60(°)／s最大轉(zhuǎn)動(dòng)加速度200(°)／S2,，功耗小于240 W,。