專利名稱:一種適用于高旋彈藥的主動(dòng)式半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置，具體是一種適用于高旋彈藥的主動(dòng)式半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
常規(guī)高轉(zhuǎn)速彈藥工作時(shí)間較短，但其沿彈體軸向的轉(zhuǎn)速較高，一般轉(zhuǎn)速要達(dá)到 20r/s,甚至更高。常規(guī)捷聯(lián)慣性測(cè)量系統(tǒng)中三個(gè)加速度計(jì)和三個(gè)陀螺儀分別直接固定在載體三個(gè)正交面上，其敏感方向相互垂直，即利用加速度計(jì)感應(yīng)線加速度，陀螺儀測(cè)量載體的角速度。但微陀螺儀的弱點(diǎn)就是難以滿足較寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)角速度的高精度測(cè)量，而機(jī)械陀螺體積大、成本高，難以在小型常規(guī)彈藥測(cè)試中使用，國外采用光纖陀螺和激光陀螺進(jìn)行測(cè)量，國內(nèi)也有許多單位在此方面進(jìn)行研究，但是光纖陀螺和激光陀螺還難以滿足實(shí)際廣泛應(yīng)用的要求。相關(guān)試驗(yàn)表明，如果能夠通過設(shè)計(jì)合理的減旋裝置給微慣性測(cè)量組合創(chuàng)造出一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸向相對(duì)穩(wěn)定的工作平臺(tái)，將會(huì)有效提高該捷聯(lián)慣性測(cè)量系統(tǒng)的精度，同時(shí)極大地拓寬其應(yīng)用范圍，滿足常規(guī)高旋彈藥的測(cè)試需求?；谏鲜鏊枷氲慕萋?lián)慣性測(cè)量裝置即稱為半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置。
現(xiàn)有半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置其減旋裝置核心是通過慣性測(cè)量組合模塊所在半捷聯(lián)內(nèi)筒的質(zhì)量偏置來實(shí)現(xiàn)的，其理論依據(jù)為在地球表面附近物體始終受到豎直向下的重力， 由于重力方向始終豎直向下，物體在不同角度受到的重力方向不會(huì)改變。這樣只要內(nèi)筒的質(zhì)量偏置由于重力作用產(chǎn)生的力矩大于其支撐滾動(dòng)軸承的摩擦力矩，內(nèi)筒將不隨載體一起旋轉(zhuǎn)，而會(huì)在其平衡位置附近來回小幅度小角速率擺動(dòng)，從而為慣性測(cè)量組合提供一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸向相對(duì)穩(wěn)定的測(cè)量環(huán)境?，F(xiàn)有半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置利用了重錘效應(yīng)，具有實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，體積小的優(yōu)點(diǎn)，但由于其內(nèi)外筒之間角速度傳遞關(guān)系較為復(fù)雜，影響因素很多，因此該裝置普遍存在系統(tǒng)參數(shù)(如偏置質(zhì)量)設(shè)計(jì)難度大的問題，而系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)難度又在很大程度上限制了半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置的通用性。基于此，有必要發(fā)明一種系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)難度小且通用性高的半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)難度大、以及通用性較低的問題，提供了一種適用于高旋彈藥的主動(dòng)式半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置。
本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種適用于高旋彈藥的主動(dòng)式半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置，包括半捷聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)械支撐模塊、微慣性測(cè)量組合減旋模塊、以及慣性姿態(tài)解算模塊；所述半捷聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)械支撐模塊包括半捷聯(lián)外筒、半捷聯(lián)內(nèi)筒、轉(zhuǎn)軸、支撐軸承、以及滑環(huán)；所述微慣性測(cè)量組合減旋模塊包括轉(zhuǎn)速敏感單元、以及電機(jī)控制電路模塊、以及減旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)；所述慣性姿態(tài)解算模塊包括導(dǎo)航解算電路模塊、以及位于半捷聯(lián)內(nèi)筒內(nèi)的慣性測(cè)量組合；其中，轉(zhuǎn)軸貫穿半捷聯(lián)內(nèi)筒，轉(zhuǎn)軸一端與減旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定，另一端通過支撐軸承與半捷聯(lián)外筒連接；滑環(huán)定子與半捷聯(lián)外筒固定，滑環(huán)轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)軸固定；轉(zhuǎn)速敏感單元、電機(jī)控制電路模塊、導(dǎo)航解算電路模塊、減旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的定子均與半捷聯(lián)外筒內(nèi)壁固定，慣性測(cè)量組合安裝于轉(zhuǎn)軸上；慣性測(cè)量組合的輸出端與滑環(huán)轉(zhuǎn)子的入線端相連，滑環(huán)定子的出線端與導(dǎo)航解算電路模塊的輸入端相連，導(dǎo)航解算電路模塊的輸出端與電機(jī)控制電路模塊的輸入端相連，電機(jī)控制電路模塊的輸出端與減旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制端相連，轉(zhuǎn)速敏感單元的輸出端與電機(jī)控制電路模塊的輸入端相連。
具體工作過程為微慣性測(cè)量組合減旋模塊通過轉(zhuǎn)速敏感單元測(cè)量半捷聯(lián)外筒的轉(zhuǎn)速信號(hào)，轉(zhuǎn)速信號(hào)傳輸?shù)诫姍C(jī)控制電路模塊后，電機(jī)控制電路模塊根據(jù)測(cè)得的轉(zhuǎn)速信號(hào)來控制減旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)，減旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)半捷聯(lián)內(nèi)筒反向旋轉(zhuǎn)，由此為半捷聯(lián)內(nèi)筒中的微慣性測(cè)量組合創(chuàng)造出一個(gè)高旋軸向相對(duì)穩(wěn)定的工作平臺(tái)，從而可以有效改善微慣性測(cè)量組合的工作環(huán)境，提高其姿態(tài)測(cè)量的精度；在此過程中，慣性測(cè)量組合測(cè)得的信號(hào)依次通過滑環(huán)轉(zhuǎn)子、滑環(huán)定子傳輸?shù)綄?dǎo)航解算電路模塊進(jìn)行解算；與現(xiàn)有半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置相比，本發(fā)明所述的一種適用于高旋彈藥的主動(dòng)式半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置摒棄了利用重錘效應(yīng)，而通過設(shè)計(jì)合理的減旋裝置給微慣性測(cè)量組合創(chuàng)造出了一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸向相對(duì)穩(wěn)定的工作平臺(tái)，因此其在進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，不必考慮其內(nèi)外筒之間角速度傳遞關(guān)系，由此降低了系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)難度，也由此極大地提升了其通用性，拓寬了其應(yīng)用范圍，使其能夠滿足常規(guī)高旋彈藥的測(cè)試需求。
本發(fā)明通過設(shè)計(jì)合理的減旋裝置給微慣性測(cè)量組合創(chuàng)造出了一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸向相對(duì)穩(wěn)定的工作平臺(tái)，徹底有效地解決了現(xiàn)有半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)難度大、以及通用性較低的問題，能夠滿足常規(guī)高旋彈藥的各種測(cè)試需求。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-半捷聯(lián)外筒，2-半捷聯(lián)內(nèi)筒，3-轉(zhuǎn)軸，4-支撐軸承，5-轉(zhuǎn)速敏感單元， 6-電機(jī)控制電路模塊，7-導(dǎo)航解算電路模塊，8-慣性測(cè)量組合，9-減旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子， 10-滑環(huán)定子，11-滑環(huán)轉(zhuǎn)子，12-減旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的定子，13-滑環(huán)轉(zhuǎn)子的入線端，14-滑環(huán)定子的出線端，15-減旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制端。
具體實(shí)施方式
一種適用于高旋彈藥的主動(dòng)式半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置，包括半捷聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)械支撐模塊、微慣性測(cè)量組合減旋模塊、以及慣性姿態(tài)解算模塊；
所述半捷聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)械支撐模塊包括半捷聯(lián)外筒1、半捷聯(lián)內(nèi)筒2、轉(zhuǎn)軸3、支撐軸承 4、以及滑環(huán)；所述微慣性測(cè)量組合減旋模塊包括轉(zhuǎn)速敏感單元5、以及電機(jī)控制電路模塊 6、以及減旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)；所述慣性姿態(tài)解算模塊包括導(dǎo)航解算電路模塊7、以及位于半捷聯(lián)內(nèi)筒2內(nèi)的慣性測(cè)量組合8;
其中，轉(zhuǎn)軸3貫穿半捷聯(lián)內(nèi)筒2，轉(zhuǎn)軸3 —端與減旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子9固定，另一端通過支撐軸承4與半捷聯(lián)外筒1連接；滑環(huán)定子10與半捷聯(lián)外筒1固定，滑環(huán)轉(zhuǎn)子11與轉(zhuǎn)軸3固定；轉(zhuǎn)速敏感單元5、電機(jī)控制電路模塊6、導(dǎo)航解算電路模塊7、減旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的定子12均與半捷聯(lián)外筒1內(nèi)壁固定，慣性測(cè)量組合8安裝于轉(zhuǎn)軸3上；慣性測(cè)量組合8的輸出端與滑環(huán)轉(zhuǎn)子的入線端13相連，滑環(huán)定子的出線端14與導(dǎo)航解算電路模塊7的輸入端相連，導(dǎo)航解算電路模塊7的輸出端與電機(jī)控制電路模塊6的輸入端相連，電機(jī)控制電路模塊6的輸出端與減旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制端15相連，轉(zhuǎn)速敏感單元5的輸出端與電機(jī)控制電路模塊6的輸入端相連；
具體實(shí)施時(shí)，半捷聯(lián)外筒1、半捷聯(lián)內(nèi)筒2的機(jī)械結(jié)構(gòu)材料可以根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境強(qiáng)度不同選用鋁材或鋼材；支撐軸承4采用SKF角接觸球軸承7200BECBP，7200BECBP 的內(nèi)徑為10mm，外徑為30mm，厚度為9mm，其動(dòng)態(tài)額定載荷為7. 02KN,靜態(tài)額定載荷為 3. 35KN ；轉(zhuǎn)速敏感單元5采用安裝在載體高速旋轉(zhuǎn)軸向的PA-ARG-10800陀螺儀，可以敏感-10800° /s至10800° /s范圍內(nèi)載體高旋軸向的角速率信息，該器件制造工藝采用雙極型金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)的生產(chǎn)工藝和球形網(wǎng)格排列載流焊工藝，具有高可靠性和高封裝堅(jiān)固性，此外該器件還具有體積小，重量輕，耐高沖擊過載的優(yōu)點(diǎn)；減旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用 45ZW05直流無刷伺服電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓為12V，最高轉(zhuǎn)速高達(dá)3000rpm，電機(jī)內(nèi)部使用光電編碼器作為位置傳感器，通過配套驅(qū)動(dòng)器(WXQ-Ol)最低可控轉(zhuǎn)速為0. 02rmp，其自動(dòng)控制輸入電壓為0-5V，采用脈寬調(diào)制方式控制無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)方向依靠控制電壓高低判斷；慣性測(cè)量組合8的三個(gè)軸向加速度計(jì)為1221加速度計(jì)，陀螺選擇AD)(RS300， 安裝在一體化加工而來的機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)上，其總體重量約為45g ；電機(jī)控制電路模塊6、 導(dǎo)航解算電路模塊7采用XILINX公司)(C2S30型號(hào)FPGA作為系統(tǒng)硬件控制單元，控制 AD8365 (模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)化芯片)把傳感器模擬輸出信號(hào)模數(shù)變換并傳送給TMS320VC33DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)完成慣性參數(shù)解算和產(chǎn)生電機(jī)控制信號(hào)，最后將慣性解算結(jié)果送往 K9K8G08U0Mflash (大容量高速固態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)存儲(chǔ)，同時(shí)通過串口將電機(jī)控制信號(hào)傳輸給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；轉(zhuǎn)速敏感單元直接安裝在半捷聯(lián)外筒上，因此可以直接與系統(tǒng)硬件通信。而慣性測(cè)量組合與電路模塊分別裝在半捷聯(lián)的內(nèi)外筒上，綜合考慮兩者之間存在旋轉(zhuǎn)和安裝關(guān)系，選用圓柱式帶通孔的滑環(huán)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換通信；滑環(huán)采用SRH0317微型過孔導(dǎo)電滑環(huán)， 其能夠完全滿足360度無限制旋轉(zhuǎn)的微弱信號(hào)及數(shù)據(jù)傳輸，具有很小的外形，能夠滿足有限的半捷聯(lián)安裝空間要求；為了最大限度壓縮半捷聯(lián)體積和優(yōu)化安裝環(huán)境，可將轉(zhuǎn)速敏感單元、電機(jī)控制電路模塊、導(dǎo)航解算電路模塊路優(yōu)化合并構(gòu)成系統(tǒng)硬件電路，采用DSP作為數(shù)據(jù)處理器，以轉(zhuǎn)速敏感單元輸出信號(hào)作為敏感源產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制信號(hào)，并通過 DSP外設(shè)串口傳輸給電機(jī)控制電路模塊。
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權(quán)利要求
1. 一種適用于高旋彈藥的主動(dòng)式半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置，其特征在于包括半捷聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)械支撐模塊、微慣性測(cè)量組合減旋模塊、以及慣性姿態(tài)解算模塊；所述半捷聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)械支撐模塊包括半捷聯(lián)外筒(1)、半捷聯(lián)內(nèi)筒(2)、轉(zhuǎn)軸(3)、支撐軸承(4)、以及滑環(huán)；所述微慣性測(cè)量組合減旋模塊包括轉(zhuǎn)速敏感單元(5)、以及電機(jī)控制電路模塊(6)、以及減旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)；所述慣性姿態(tài)解算模塊包括導(dǎo)航解算電路模塊(7)、以及位于半捷聯(lián)內(nèi)筒(2)內(nèi)的慣性測(cè)量組合(8);其中，轉(zhuǎn)軸(3)貫穿半捷聯(lián)內(nèi)筒(2)，轉(zhuǎn)軸(3)—端與減旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子(9) 固定，另一端通過支撐軸承(4)與半捷聯(lián)外筒(1)連接；滑環(huán)定子(10)與半捷聯(lián)外筒(1)固定，滑環(huán)轉(zhuǎn)子(11)與轉(zhuǎn)軸(3)固定；轉(zhuǎn)速敏感單元(5)、電機(jī)控制電路模塊(6)、導(dǎo)航解算電路模塊(7)、減旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的定子(12)均與半捷聯(lián)外筒(1)內(nèi)壁固定，慣性測(cè)量組合(8)安裝于轉(zhuǎn)軸(3)上；慣性測(cè)量組合(8)的輸出端與滑環(huán)轉(zhuǎn)子的入線端(13)相連，滑環(huán)定子的出線端(14)與導(dǎo)航解算電路模塊(7)的輸入端相連，導(dǎo)航解算電路模塊(7)的輸出端與電機(jī)控制電路模塊(6)的輸入端相連，電機(jī)控制電路模塊(6)的輸出端與減旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制端(15)相連，轉(zhuǎn)速敏感單元(5)的輸出端與電機(jī)控制電路模塊(6)的輸入端相連。
專利摘要
本發(fā)明涉及半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置，具體是一種適用于高旋彈藥的主動(dòng)式半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置。本發(fā)明解決了現(xiàn)有半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)難度大、以及通用性較低的問題。一種適用于高旋彈藥的主動(dòng)式半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置包括半捷聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)械支撐模塊、微慣性測(cè)量組合減旋模塊、以及慣性姿態(tài)解算模塊；所述半捷聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)械支撐模塊包括半捷聯(lián)外筒、半捷聯(lián)內(nèi)筒、轉(zhuǎn)軸、支撐軸承、以及滑環(huán)。本發(fā)明通過設(shè)計(jì)合理的減旋裝置給微慣性測(cè)量組合創(chuàng)造出了一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸向相對(duì)穩(wěn)定的工作平臺(tái)，徹底有效地解決了現(xiàn)有半捷聯(lián)慣性測(cè)量裝置系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)難度大、以及通用性較低的問題，能夠滿足常規(guī)高旋彈藥的各種測(cè)試需求。
文檔編號(hào)G01C21/16GKCN102155886 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 201110025530
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年1月24日
發(fā)明者劉俊, 劉喆, 唐軍, 張曉明, 張樨, 李 杰, 楊衛(wèi), 段曉敏, 王博, 王紅亮, 石云波, 秦麗, 郭濤, 馬喜宏, 鮑愛達(dá) 申請(qǐng)人:中北大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (5),