一種半球諧振陀螺組合的溫控電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半球諧振陀螺組合溫控電路，包括溫控采集單元、控制單元、驅動單元，控制單元一端與溫控采集單元相連，另一端與驅動單元相連通，驅動單元與貼在陀螺上的加熱片相連接。采用溫度轉換成脈沖數(shù)的數(shù)字化方式，對采集的信息在現(xiàn)場可編程邏輯門陣列電路FPGA中進行比例積分微分PID控制算法處理，然后再輸出脈寬調制PWM波形來控制加熱片的輸出電流。本發(fā)明將陀螺組合的溫度變化控制在精度范圍內，給陀螺組合提供一個穩(wěn)定的溫度環(huán)境，減小了陀螺輸出噪聲和漂移，提高陀螺的使用精度。
【專利說明】一種半球諧振陀螺組合的溫控電路
[0001]
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及衛(wèi)星姿態(tài)控制技術，尤其是用于衛(wèi)星的半球諧振陀螺組合的溫控電路。
[0003]【背景技術】
[0004]半球諧振陀螺組合是衛(wèi)星姿軌控分系統(tǒng)的重要敏感器件，用于敏感衛(wèi)星星體的慣性角速度，輸出其在星體坐標系上的分量，為衛(wèi)星各個工作模式和飛行階段提供連續(xù)的三軸慣性角速度信息。半球陀螺諧振子工作溫度的變化會引起陀螺的漂移，主要表現(xiàn)在不同溫度下啟動的零偏不穩(wěn)定性不一致，輸出帶有較明顯的趨勢項，以及連續(xù)工作條件下的溫度影響延時性。
[0005]現(xiàn)有的陀螺組合通常存在以下的不足，一是采用傳統(tǒng)的笛卡爾直角坐標系的支架結構，從而造成每個陀螺儀的溫度梯度存在很大的差異性，不利于組合的溫度控制。因此有關科技人員正著手對支架結構進行改進；二是現(xiàn)有的溫度信息采集是采用將溫度變化通過惠更斯電橋轉換成電壓信號，再通過模數(shù)轉換器轉換成數(shù)字信號，由于模數(shù)轉換器無法實現(xiàn)，高效率，所以抗干擾能力差。三是現(xiàn)有的溫度控制在整個使用環(huán)境中溫控點不可變，會造成在低溫環(huán)境下溫控功耗很大，給系統(tǒng)電源造成嚴重負擔。
[0006]
【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術不足，提供一種半球諧振陀螺組合的溫控電路，所述的溫控電路能夠給陀螺提供一個穩(wěn)定的溫度環(huán)境，能有效地減小陀螺輸出噪聲和漂移。
[0008]為達到上述目的，本發(fā)明的一種半球諧振陀螺組合的溫控電路，包括溫控采集單元、控制單元、驅動單元，控制單元一端與溫控采集單元相連，另一端與驅動單元相連通，驅動單元與貼在陀螺上的加熱片相連接。通過陀螺的溫度變化經(jīng)加熱片轉換成溫控采集單元的電壓變換，再將電壓變化經(jīng)控制單元轉換成脈沖數(shù)變化，脈沖數(shù)經(jīng)過軟件比例積分微分算法輸出脈寬調制波形來驅動溫控驅動單元上的功率場效應管，從而控制加熱片的通斷時間來控制平均電流。將組合的溫度變化控制在精度范圍內，從而給陀螺提供一個穩(wěn)定的溫度環(huán)境。
[0009]所述的溫控采集單元包括電橋電路，電橋電路一端與控制單元相連，另一端與陀螺儀上熱敏電阻相連通。溫控信息采集單元將溫度變化引起熱敏電阻的阻值變化，從而使得溫控采集電路板上電橋電路的電壓變化。
[0010]所述的控制單元包括VF轉換電路、電源電路、FPGA電路、RS422串口通信電路，電源電路與VF轉換電路、FPGA電路相連，VF轉換電路與溫控采集單元的電橋電路相連通，F(xiàn)PGA電路的一端與RS422串口通信電路、外部計算機板相連，另一端通過輸出PWM波形與驅動單元的放大電路相連通。溫控采集電路板上電橋電路的電壓變化經(jīng)過VF轉換電路將其轉變成數(shù)字脈沖信號，脈沖信號傳輸?shù)紽PGA電路進行控制運算。將設定的溫度控制點的脈沖數(shù)通過RS422串口通信電路以指令的形式設置到可編程邏輯陣列的比例積分微分控制算法中，從而實現(xiàn)溫度控制點的靈活變化。
[0011]所述的驅動單元包括放大電路、功率放大電路，功率放大電路一端與放大電路相連，另一端與貼在陀螺上的加熱片相連接。
[0012]本發(fā)明采用的電路，與現(xiàn)有技術相比，其優(yōu)點和有益效果是:
將陀螺的溫度變化控制在精度范圍內，給陀螺提供一個穩(wěn)定的溫度環(huán)境，減小了陀螺輸出噪聲和漂移，提高陀螺的使用精度。
[0013]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明半球諧振陀螺組合的溫控電路框圖；
圖2是本發(fā)明的半球諧振陀螺組合溫控件安裝示意圖。
[0015]圖中，半球諧振陀螺儀1、加熱片2、熱敏電阻3、支架4、溫控采集板5、溫控驅動板
6、電橋電路11、VF轉換電路22、電源電路33、FPGA電路44、放大電路55、功率放大電路66、RS422串口通信電路77。
[0016]
【具體實施方式】
[0017]以下將結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。
[0018]如圖1所示，為本發(fā)明半球諧振陀螺組合的溫控電路框圖，包括溫控采集單元、控制單元、驅動單元，控制單元一端與溫控采集單元相連，另一端與驅動單元相連通，驅動單元與貼在陀螺上的加熱片2相連接。通過溫度變化轉換成電壓變換，再將電壓變化轉換成脈沖數(shù)變化，脈沖數(shù)經(jīng)過軟件比例積分微分算法輸出脈寬調制波形來驅動溫控驅動板上的功率場效應管，再控制加熱片2的通斷時間來控制平均電流。將陀螺組合的溫度變化控制在精度范圍內，從而給陀螺組合提供一個穩(wěn)定的溫度環(huán)境，減小了陀螺組合的輸出噪聲和漂移，提高陀螺組合的使用精度。
[0019]溫控采集單元包括電橋電路11，電橋電路11 一端與控制單元相連，另一端與陀螺儀上熱敏電阻3相連通。陀螺的溫度變化引起熱敏電阻3的電阻變化，從而使得溫控采集電路單元上電橋電路11的電壓變化。
[0020]控制單元包括VF轉換電路22、電源電路33、FPGA電路44、RS422串口通信電路77，電源電路33與VF轉換電路22、FPGA電路44相連，VF轉換電路22與溫控采集單元的電橋電路11相連通，F(xiàn)PGA電路44的一端與RS422串口通信電路77、外部計算機板相連，另一端通過輸出PWM波形與驅動單元的放大電路55相連通。溫控采集單元上電橋電路11的電壓變化經(jīng)過VF轉換電路22將其轉變成數(shù)字脈沖信號，實現(xiàn)的數(shù)字采樣，增加信號的抗干擾能力。脈沖信號傳輸?shù)娇删幊踢壿嬮T陣列FPGA電路44進行控制運算。將設定的溫度控制點的脈沖數(shù)通過RS422串口通信電路77以指令的形式設置到可編程邏輯陣列的比例積分微分控制算法中，然后通過PID算法處理后，從而實現(xiàn)溫度控制點的靈活變化。
[0021 ] 驅動單元包括放大電路55、功率放大電路66，功率放大電路66 —端與放大電路55相連，另一端與貼在陀螺上的加熱片2相連接。溫控采集單元輸出的電壓經(jīng)過VF轉換電路22轉換成脈沖數(shù)，并與現(xiàn)場可編程邏輯門陣列中于事先設定的溫度控制點進行比較，再經(jīng)過比例積分微分算法處理后，輸出脈寬調制PWM波形，然后輸出到溫控驅動單元。PWM波形先經(jīng)過溫控驅動單元的放大電路55放大，以此來控制功率場效應管66的開斷，從而控制安裝在陀螺I上的加熱片2中電流的通斷，以達到溫度控制的目的。
[0022]如圖2所示，為本發(fā)明的半球諧振陀螺組合溫控件安裝示意圖，三個正交一個斜裝方式的四個半球諧振陀螺儀I (簡稱陀螺)安裝在三面對稱的支架4上，熱敏電阻3通過四個螺釘安裝在陀螺I上，用于測量陀螺I溫度變化，作為溫度控制的采集輸入變化量。加熱片2貼在陀螺I的法蘭盤平面上，用加熱片2的通斷時間來控制平均電流。將陀螺I的溫度變化控制在精度范圍內，從而給陀螺I提供一個穩(wěn)定的溫度環(huán)境。在兩個陀螺I之間的支架4側板上，其中兩個側板分別裝有一塊溫控采集單元的溫控采集板5、在另一支架4側板上裝有一塊溫控單元的溫控驅動板6。溫控采集板5上的溫控采集單元將溫度變化轉換成數(shù)字脈沖信號；溫控驅動板6上的溫控單元將控制單元輸出的PWM波形放大，通過陀螺I上的加熱片2中電流的通斷來控制溫度。
【權利要求】
1.一種半球諧振陀螺組合溫控電路，其特征在于:包括溫控采集單元、控制單元、驅動單元，控制單元一端與溫控采集單元相連，另一端與驅動單元相連通，驅動單元與貼在陀螺上的加熱片[2]相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的半球諧振陀螺組合溫控電路，其特征在于:所述的溫控采集單元包括電橋電路[11]，電橋電路[11] 一端與控制單元相連，另一端與熱敏電阻[3]相連通。
3.根據(jù)權利要求1所述的半球諧振陀螺組合溫控電路，其特征在于:所述的控制單元包括VF轉換電路[22]、電源電路[33]、FPGA電路[44]、RS422串口通信電路[77]，電源電路[33]與VF轉換電路[22]、FPGA電路[44]相連，VF轉換電路[22]與溫控采集單元的電橋電路[11]相連通，F(xiàn)PGA電路[44]的一端與RS422串口通信電路[77]、外部計算機板相連，另一端通過輸出PWM波形與驅動單元的放大電路[55]相連通。
4.根據(jù)權利要求1至3任意一項所述的半球諧振陀螺組合溫控電路，其特征在于:所述的驅動單元包括放大電路[55]、功率放大電路[66]，功率放大電路[66] —端與放大電路[55]相連，另一端與貼在陀螺上的加熱片相連接。
【文檔編號】G05D23/24GK104035460SQ201310068007
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年3月5日 優(yōu)先權日:2013年3月5日
【發(fā)明者】蔡雄, 榮義杰, 齊軼楠, 張強, 趙萬良, 孫蘭 申請人:上海新躍儀表廠