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一种高速旋转弹制导系统的测试装置

阅读：706发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种高速旋转弹制导系统的测试装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供的是一种高速旋转弹制导系统的测试装置，主要由机械台体分系统、伺服控制系统组成，其中机械台体分系统为单轴立式台面式结构，其主要由台面、主轴、上轴承组、无刷电机、下轴承组、角度编码器、底座、导电滑环及电连接器等组成，是被测件的安装、测试平台；伺服控制系统主要由电机伺服驱动模块、位置环控制模块、高速角位置采集模块、人机交互模块等组成，是实时接收用户指令控制机械台体完成测试工作的中枢。本装置实现了一种在高转速条件下同时保持高角位置精度、高角速率精度的高动态陀螺仪测试设备，解决了高速旋转弹制导系统的测试瓶颈问题。，下面是一种高速旋转弹制导系统的测试装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种高速旋转弹制导系统的测试装置，其特征在于：所述的高速旋转弹制导系统的测试装置包括机械台体分系统(1)、伺服控制系统(2)。其中机械台体分系统(1)是被测件的安装、测试平台；伺服控制系统(2)是实时接收用户指令控制机械台体完成测试工作的中枢。
2.根据权利要求1所述的一种高速旋转弹制导系统的测试装置，其特征在于：所述机械台体分系统(1)为单轴立式台面式结构，主要包括台面(15)、主轴(17)、上轴承组(14)、无刷电机(12)、下轴承组(11)、角度编码器(10)、底座(9)、导电滑环(13)及电连接器(16)等，是被测件的安装、测试平台。台面(15)通过螺钉固定在主轴(17)上端面上；主轴(17)通过上轴承组(14)、下轴承组(11)支撑在底座(9)上；上轴承组(14)选用一对高精度角接触球轴承，采用背对背的安装形式；下轴承组(11)选用一对高精度角接触球轴承，采用面对面的安装形式；主轴(17)中部安装无刷电机(12)，用于该轴的驱动；在主轴的下端安装有角度编码器(10)，用于该轴位置反馈；主轴(17)上端用螺钉与台面(15)固联；导电滑环(13)安装在主轴(17)中心，导电滑环(13)上端与台面(15)电连接器(16)对接，用于被测件件的信号及负载电源的传输；台面(15)上还布置有电连接器(16)，用于与被测件信号或电源对接；底座(9)上也设置有电连接器(16)与导电滑环(13)下端对接，用于输入或输出测试件的信号或电源；底座(9)上预留有六个通孔用于机械台体的安装固定；底座(9)上还安装有四吊环螺钉，便于整个机械台体加工、装配及搬运。
3.根据权利要求1所述的一种高速旋转弹制导系统的测试装置，其特征在于：所述伺服控制系统(2)主要包括电机伺服驱动模块(3)、位置环控制模块(4)、高速角位置采集模块(6)、人机交互模块(5)。人机交互模块(5)发出运动指令，位置环控制模块(4)收到运动指令后，判断其工作状态，进行相应的轨迹规划，产生的运动轨迹与高速角位置采集模块(6)输出的角位置值比对，产生的差值命令经位置环控制模块(4)的校正算法、D/A转换后得出控制信号，该控制信号经电机伺服驱动模块(3)功率大后驱动无刷电机(7)运转，进而带动机械台体分系统(1)中主轴(17)运行，完成被测件的测试工作。
4.根据权利要求3所述的一种高速旋转弹制导系统的测试装置，其特征在于：所述电机伺服驱动模块(3)包括电源滤波器(18)、输出电抗器(20)、电机驱动器(19)，主要功能为接收位置环控制模块指令，对其进行功率大进而驱动交流伺服电机。
5.根据权利要求3所述的一种高速旋转弹制导系统的测试装置，其特征在于：所述位置环控制模块(4)采用高速数字信号处理器(DSP)的开发的数字控制系统，为单板结构，通过PCI插槽固定在工控机内，主要负责本装置控制系统运动轨迹规划、控制算法计算、D/A转换、状态监控、远程通讯等。
6.根据权利要求3所述的一种高速旋转弹制导系统的测试装置，其特征在于：所述高速角位置测量模块(6)包括细分模块(22)、高速计数模块(21)，其中细分模块(22)主要对角度编码器(10)发出的1Vpp信号进行信号转换、滤波、细分，输出TTL电平正交编码信号；高速计数模块(21)以FPGA可编程逻辑芯片为核心，也为单板结构，通过PCI插槽固定在工控机内，完成编码器信号的高速采集、解码，并发送至位置环控制模块(4)作为控制命令的比对基准和电机伺服驱动模块(3)作为电流换向、速度基准。
7.根据权利要求3所述的一种高速旋转弹制导系统的测试装置，其特征在于：所述人机交互模块主要包括工控机、显示器等，主要为位置环控制模块和高速计数模块提供 PCI总线平台，并提供友好人机交互界面。

说明书全文

一种高速旋转弹制导系统的测试装置

(一)技术领域

[0001] 本发明涉及一种高速旋转弹制导系统的测试装置，特别涉及一种应用于高动态陀螺仪测试和标定的高转速、高精度测试装置。(二)背景技术

[0002] 在航空航天领域，导航和制导技术对舰船和飞行器等的作用有如同眼睛对动物的作用一样，依靠高性能的导航与制导系统才能够对导弹、舰船和飞行器等进行精准无误的导航与制导。而在导航和制导系统的研发当中，需要对惯性元器件如陀螺仪、加速度计等进行测试和标定，这一过程必然会使用到高性能的惯性测试设备。

[0003] 高速旋转弹制导系统的测试装置为惯性测试设备之一，其主要用于陀螺、各种飞行用角速率传感器实验和测试，通过模拟载体的高速运动，以测定惯性器件的飘移，从而进行定量补偿，对于提高智能制导武器研制精度具有十分重要的意义。随着导航和制导技术不断进步，对其惯性测试设备的要求也越来越高，尤其是高速旋转弹制导系统，一般惯性测试设备很难满足在高转速条件下同时保持高角位置精度、高角速率精度以及高动态特性的特性。该设备的成功研制为高动态陀螺仪的测试和标定提供了保障，解决了高速旋转弹制导系统的测试瓶颈问题。(三)发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种高速旋转弹制导系统的测试装置，实现了一种应用于高动态陀螺仪标定和测试的高转速、高精度测试设备，解决了在高转速条件下同时保持高角位置精度、高角速率精度以及高动态特性的难题，首次使该类设备最大角速率达到20000゜/s以上、角位置精度优于3″、角速率精度优于5×10‐5。

[0005] 实现上述目的而采取的技术方案，主要由机械台体分系统、伺服控制系统组成。

[0006] 机械台体分系统为单轴立式台面式结构，主要包括台面、主轴、上轴承组、无刷电机、下轴承组、角度编码器、底座、导电滑环及电连接器等，是被测件的安装、测试平台。其中主轴通过上、下轴承组支撑在底座上；轴系中部安装无刷电机，用于该轴的驱动；在主轴的下端安装有角度编码器，用于该轴角位置反馈；主轴上端用螺钉与台面固联；台面上还布置有电连接器，用于与被测件信号或电源对接；主轴中心还安装有滑环，滑环上端与台面电连接器对接，用于被测件件的信号及负载电源的传输；底座上也设置有电连接器与滑环下端对接，用于输入或输出测试件的信号或电源；底座上预留有六个通孔用于台体的安装固定；底座上还安装有四吊环螺钉，便于转台加工、装配及搬运。

[0007] 伺服控制机柜主要由电机伺服驱动模块、位置环控制模块、高速角位置采集模块、人机交互模块等组成，是实时接收用户指令控制机械台体完成测试工作的中枢。电机伺服驱动模块包括电机驱动器、电源滤波器、输出电抗器，接收位置环控制模块指令，对其进行功率大进而驱动交流伺服电机；位置环控制模块是以高速数字信号处理器(DSP)为核心的控制板，通过PCI插槽固定在工控机内，主要负责本装置控制系统运动轨迹规划、控制算法计算、D/A转换、状态监控、远程通讯等；高速角位置测量模块包括高速计数模块和细分模块，主要负责编码器信号的高速采集、细分、解码，并发送至位置环控制模块作为控制命令的比对基准和电机伺服驱动模块作为电流换向基准；人机交互模块包括工控机、显示器等，通过总线方式与位置环控制模块通讯，并提供友好人机交互界面。

[0008] 与现有技术相比本发明具有以下优点：

[0009] 1、首次使该类设备最大角速率达到20000゜/s以上，

[0010] 2、在高转速条件下同时保持了高角位置精度、高角速率精度；

[0011] 3、解决了高速旋转弹制导系统的测试瓶颈问题。(四)附图说明

[0012] 图1是本发明的系统结构图。

[0013] 图2是本发明的机械台体分系统示意图。

[0014] 图3是本发明的电机伺服驱动模块组成示意图。

[0015] 图4是本发明的电机伺服驱动模块原理框图。

[0016] 图5是本发明的位置环控制模块原理框图。(五)具体实施方式

[0017] 如图1所示，本发明主要由机械台体分系统(1)、伺服控制系统(2)组成。

[0018] 如图2所示，所述机械台体分系统(1)为单轴立式台面式结构，主要包括台面(15)、主轴(17)、上轴承组(14)、无刷电机(12)、下轴承组(11)、角度编码器(10)、底座(9)、导电滑环(13)及电连接器(16)等，是被测件的安装、测试平台。台面(15)通过螺钉固定在主轴(17)上端面上；主轴(17)通过上轴承组(14)、下轴承组(11)支撑在底座(9)上；上轴承组(14)选用一对高精度角接触球轴承，采用背对背的安装形式；下轴承组(11)选用一对高精度角接触球轴承，采用面对面的安装形式；主轴(17)中部安装无刷电机(12)，用于该轴的驱动；在主轴的下端安装有角度编码器(10)，用于该轴位置反馈；主轴(17)上端用螺钉与台面(15)固联；导电滑环(13)安装在主轴(17)中心，导电滑环(13)上端与台面(15)电连接器(16)对接，用于被测件件的信号及负载电源的传输；台面(15)上还布置有电连接器(16)，用于与被测件信号或电源对接；底座(9)上也设置有电连接器(16)与导电滑环(13)下端对接，用于输入或输出测试件的信号或电源；底座(9)上预留有六个通孔用于机械台体的安装固定；底座(9)上还安装有四吊环螺钉，便于整个机械台体加工、装配及搬运。

[0019] 如图1所示，伺服控制系统(2)主要由电机伺服驱动模块(3)、位置环控制模块(4)、高速角位置采集模块(6)、人机交互模块(5)等组成，是实时接收用户指令控制机械台体完成测试工作的中枢。人机交互模块(5)发出运动指令，位置环控制模块(4)收到运动指令后，判断其工作状态，进行相应的轨迹规划，产生的运动轨迹与高速角位置采集模块(6)输出的角位置值比对，产生的差值命令经位置环控制模块(4)的校正算法、D/A转换后得出控制信号，该控制信号经电机伺服驱动模块(3)功率大后驱动无刷电机(7)运转，进而带动机械台体分系统(1)中主轴(17)运行，完成被测件的测试工作。

[0020] 如图3所示，电机伺服驱动模块(3)包括电源滤波器(18)、输出电抗器(20)、电机驱动器(19)，其中电源滤波器(18)为三相380VAC电源滤波器，能有效抑制来自市电的电磁扰动和来自电机驱动器(19)的电磁扰动；输出电抗器(20)能防止输出无刷电机(7)误动作和防止电机驱动器(19)输出辐射干扰周边敏感传感装置；电机驱动器(19)采用SVPWM控制方式，大功率IGBT功率开关管驱动，速度环、电流环双环控制结构，接收位置环控制模块(4)发出的控制信号，对其进行功率大进而驱动无刷电机(7)，如图4所示。

[0021] 如图5所示，位置环控制模块(4)采用高速数字信号处理器(DSP)的开发的数字控制系统，为单板结构，通过PCI插槽固定在工控机内，主要包括指令规划(23)、数据处理(24)、校正算法(25)、D/A转换(26)，位置环控制模块(4)接收工控机人机界面发送的指令，该指令进入相应数据处理(24)，依据相应的工作状态进行指令规划(23)，产生的运动轨迹与高速角位置采集模块(6)输出的角位置值进行比对，产生的差值命令经相应的校正算法(25)、16位D/A转换(26)传送到电机伺服驱动模块(3)控制电机运转。

[0022] 如图5所示，高速角位置测量模块(6)包括细分模块(22)、高速计数模块(21)，其中细分模块(22)主要对角度编码器(10)发出的1Vpp信号进行信号转换、滤波、细分，输出TTL电平正交编码信号；高速计数模块(21)以FPGA可编程逻辑芯片为核心，也为单板结构，通过PCI插槽固定在工控机内，采用同频多相时钟过采样技术和低压差分信号高速数据传输技术，完成编码器信号的高速采集、解码，并发送至位置环控制模块(4)作为控制命令的比对基准和电机伺服驱动模块(3)作为电流换向、速度基准；

[0023] 人机交互模块主要包括工控机、显示器等，主要为位置环控制模块和高速计数模块提供 PCI总线平台，并提供友好人机交互界面。

[0024] 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

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