[发明专利]捷联惯性设备的低成本速率闭环转位控制方法及控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种捷联惯性设备的自动控制方法及控制装置，特别是涉及一种捷联惯性设备的定位定向信号的自动控制方法及控制装置。

背景技术

在捷联式惯性导航设备中，通常包括东、北、天向陀螺仪及相应加速计，为消除惯性器件(陀螺、加速度计)的零偏对导航参数的影响，常采用转位对偶测量的方式，承载惯性器件的转位机构的位置精度、转位时间等是影响初始对准性能的主要因素。一般来说，上述转位机构采用两种方案，一种是开环控制方案，其位置精度靠机械定位保证，转位机构包括力矩电机和位于0°和180°的两个限位挡块；通过控制力矩电机转动速率实现高速转位，通过限位挡块使转位到位，通过力矩电机的堵转率判断转位到位。开环控制的优势是结构简单、成本低，但由于控制过程中无反馈量，力矩电机高速转动容易造成对机械限位的撞击，引起机械限位精度的降低，进而影响寻北精度。

另外一种是闭环控制方案，其位置精度靠闭环回路中的角度传感器精度以及主控板中的控制算法保证，角度传感器适时反馈转位角度，主控板适时调整转动速率。闭环控制方案一般控制稳定性高、精度高，但需要较昂贵的位置反馈元件，制造成本的和调试时间成本都会增加，整体可靠性有所下降。

如何实现带转位机构的捷联导航设备中低成本、高精度的转位控制方案，对于批量生产产品的寻北精度尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种捷联惯性设备的低成本速率闭环转位控制方法，解决现有转位机构的控制过程中硬件结构、反馈元件成本与控制精度无法有效协调的技术问题。

本发明的另一个目的是提供一种用于捷联惯性设备的低成本速率闭环转位的控制装置，解决转位机构转动过程中多类型反馈信号不易及时处理的技术问题。

本发明的捷联惯性设备的低成本速率闭环转位控制方法，包括以下步骤：

驱动板接收主控板的使能控制信号、方向控制信号后，利用功率放大器生成功率信号驱动力矩电机带动转位机构转动，转向目标方向；转向过程中驱动板将天向陀螺测量的角速率变化信息发送给驱动板实现转动速率控制，在转向至相应行程开关触发位置时，执行速率切换，按照预设的角速度转动，靠紧限位挡块。

还包括以下步骤：

步骤51、主控板、驱动板、功率放大器初始化，天向陀螺初始化，力矩电机初始化，第一行程开关接近0°位置设置，第二行程开关接近180°位置设置，各行程开关加电处于打开状态；

步骤52、主控板持续采集天向陀螺数据，预处理后发送给驱动板；

步骤53、主控板接收指令确定转位机构转向位置；

还包括以下步骤：

步骤54、主控板向驱动板发送使能控制信号、方向控制信号；

步骤55、判断是否自180°转向0°位置，是则执行步骤63，否则执行步骤56；

步骤63、驱动板根据控制逻辑生成PWM数据，经功率放大器生成功率信号驱动力矩电机带动转位机构转动；

步骤64、驱动板接收天向陀螺数据，根据PID策略1调整速率控制信号，驱动板将控制信号转换为PWM数据，经功率放大器生成功率信号驱动力矩电机转动；

步骤65、判断是否达到第一行程开关触发位置，否则执行步骤64，是则执行步骤66；

步骤66、驱动板根据PID策略2形成实时PWM数据，经功率放大器生成功率信号驱动力矩电机减速转动；

步骤67、转位机构与180°限位挡块靠紧，力矩电机堵转，等待后续指令或执行步骤68；

步骤68、转位结束。

还包括以下步骤：

步骤54、主控板向驱动板发送使能控制信号、方向控制信号；

步骤56、判断是否自0°转向180°位置，是则执行步骤57，否则执行步骤54；

步骤57、驱动板根据控制逻辑生成PWM数据，经功率放大器生成功率信号驱动力矩电机带动转位机构转动；

步骤58、驱动板接收天向陀螺数据，根据PID策略1调整速率控制信号，驱动板将控制信号转换为PWM数据，经功率放大器生成功率信号驱动力矩电机提速转动；

步骤59、判断是否达到第二行程开关触发位置？否则执行步骤58，是则执行步骤60；

步骤60、驱动板根据PID策略2形成实时PWM数据，经功率放大器生成功率信号驱动力矩电机减速转动；

步骤61、转位机构与180°限位挡块靠紧，力矩电机堵转，等待后续指令或执行步骤68。

还包括以下步骤：

本控制方法中的PID策略1形成以下控制参数：