一種三浮慣性儀表有源磁懸浮自動濕對中標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三浮慣性儀表有源磁懸浮自動濕對中標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三浮慣性儀表(陀螺儀或陀螺加速度計)是基于經(jīng)典轉(zhuǎn)子動力學(xué)原理的機(jī)電式儀表，其采用恒高速旋轉(zhuǎn)的氣浮動壓馬達(dá)(一般大于30，000rpm)產(chǎn)生角動量，浮子采用液浮與磁懸浮雙重支撐方式:液浮克服浮子重力，并使儀表具有優(yōu)良的抗沖擊、振動特性；磁懸浮使浮子與限位框架脫離機(jī)械接觸，消除摩擦干擾力矩及浮子上的重浮力殘差。儀表正常工作時，浮子在三軸正交有源磁懸浮位置控制下，始終處于殼體內(nèi)空間的幾何中心(即定中)，以達(dá)到較高的精度水平。
[0003]如圖3所示，三浮慣性儀表有源磁懸浮控制系統(tǒng)包括五路惠斯頓檢測電橋、信號調(diào)理電路(包含差動放大、解調(diào)等環(huán)節(jié))、數(shù)字控制器(包含A/D、處理器、D/A與輸入輸出接口等模塊)和加力開關(guān)。第一路檢測電橋包括一對橋臂電阻和一對軸向磁懸浮元件，負(fù)責(zé)浮子軸向線運(yùn)動的位置檢測與加力控制；其余四路檢測電橋分別包括橋臂電阻和相應(yīng)的徑向磁懸浮元件，負(fù)責(zé)浮子沿兩個徑向的線運(yùn)動以及沿兩個徑向轉(zhuǎn)動的檢測與加力控制。一般，由于儀表在磁懸浮元件加工、整表裝配等環(huán)節(jié)存在誤差，導(dǎo)致對于不同的儀表，浮子定中時磁懸浮元件的名義電感值往往存在差異，這樣，使用同樣電阻參數(shù)的RL惠斯頓檢測電橋時，檢測電路的輸出電壓也往往不同。因此，在每只三浮儀表使用前，都需要進(jìn)行濕對中標(biāo)定:即在浮子達(dá)到重浮力平衡狀態(tài)時，采用磁懸浮拉力拖曳其進(jìn)行三軸正交運(yùn)動，獲得其在機(jī)械零位時的檢測電路輸出，然后采用調(diào)整五路檢測電橋橋臂阻值的方法，使浮子在機(jī)械零位時，五路檢測電路的輸出相同(一般在電氣零位)。濕對中標(biāo)定后，磁懸浮控制系統(tǒng)獲得了精確的浮子定中參考電壓，且RL惠斯頓電橋在浮子定中位置附近具有較高的靈敏度，能保證儀表達(dá)到較高的精度指標(biāo)。
[0004]目前，三浮儀表的有源磁懸浮濕對中測試過程主要是先基于工藝磁懸浮控制電路板，采用兩只可調(diào)電位器作為RL惠斯頓電橋的橋臂電阻，對其同時進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，使浮子處于機(jī)械零位時檢測電路的輸出電壓在電氣零位，同時對應(yīng)浮子的限位運(yùn)動范圍，檢測電路的輸出在數(shù)字控制器A/D的輸入范圍內(nèi)。然后，記錄下滿足該測試要求的電位器阻值，并用固定的串并聯(lián)電阻值進(jìn)行等效逼近，再將對應(yīng)阻值的串并聯(lián)電阻落焊到正式磁懸浮電路板上。這樣濕對中測試后，不同儀表的浮子定中時，檢測電路輸出均在相同的電氣零位。上述過程較為繁瑣，且有以下缺點:(1)采用多個電阻串并聯(lián)導(dǎo)致磁懸浮控制電路板尺寸增大，且最終阻值通常與期望的阻值存在偏差；(2)濕對中測試時，采用的是工藝磁懸浮控制電路板，與正式磁懸浮控制電路板之間往往存在偏差，影響磁懸浮定中控制的精度以及最終的三浮儀表性能指標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有三浮慣性儀表有源磁懸浮濕對中標(biāo)定方法的不足，提供一種便捷通用的三浮慣性儀表有源磁懸浮自動濕對中標(biāo)定方法，能夠快速、自動實現(xiàn)儀表浮子處于機(jī)械零位時電氣零位偏差的標(biāo)定，容錯性好，誤差小，可配合死區(qū)、剛度等參數(shù)靈活調(diào)整，有利于進(jìn)一步提高儀表有源磁懸浮定中控制的精度。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種三浮慣性儀表有源磁懸浮自動濕對中標(biāo)定方法，基于三浮慣性儀表有源磁懸浮控制系統(tǒng)實現(xiàn)；三浮慣性儀表有源磁懸浮控制系統(tǒng)包括數(shù)字控制器、加力開關(guān)、N路惠斯頓檢測電橋和信號調(diào)理電路，N大于等于I ;數(shù)字控制器輸出控制信號至加力開關(guān)，加力開關(guān)在數(shù)字控制器的控制下輸出加力信號至相應(yīng)路的惠斯頓檢測電橋，每路惠斯頓檢測電橋輸出的信號經(jīng)過信號調(diào)理電路后輸入至數(shù)字控制器；每路惠斯頓檢測電橋包括第一橋臂電阻、第二橋臂電阻、第一磁懸浮元件、第二磁懸浮元件、第一限流電阻和第二限流電阻，激勵信號通過第一橋臂電阻施加在第一磁懸浮元件的一端，第一加力信號通過第一限流電阻施加至所述第一磁懸浮元件的一端，第一磁懸浮元件的另一端接地；激勵信號通過第二橋臂電阻施加在第二磁懸浮元件的一端，第二加力信號通過第二限流電阻施加至所述第二磁懸浮元件的一端，第二磁懸浮元件的另一端接地；第一橋臂電阻和第二橋臂電阻的阻值相同，第一磁懸浮元件和第二磁懸浮元件的名義等效阻抗相同；三浮慣性儀表有源磁懸浮自動濕對中標(biāo)定方法的步驟如下:
[0008](I)根據(jù)激勵信號的頻率和每路惠斯頓檢測電橋所包含的磁懸浮元件的名義等效阻抗確定相應(yīng)路惠斯頓檢測電橋的橋臂電阻值；
[0009](2)通過數(shù)字控制器向加力開關(guān)輸出控制信號，對每路惠斯頓檢測電橋的第一磁懸浮元件施加加力信號，拖曳三浮慣性儀表浮子運(yùn)動到正向極限位置，同時通過數(shù)字控制器對相應(yīng)路惠斯頓檢測電橋?qū)?yīng)的調(diào)理后信號進(jìn)行采樣獲得對應(yīng)的數(shù)字電壓值，記為Umarai;通過數(shù)字控制器向加力開關(guān)輸出控制信號，對每路惠斯頓檢測電橋的第二磁懸浮元件施加加力信號，拖曳三浮慣性儀表浮子運(yùn)動到負(fù)向極限位置，同時通過數(shù)字控制器對相應(yīng)路惠斯頓檢測電橋?qū)?yīng)的調(diào)理后信號進(jìn)行采樣獲得對應(yīng)的數(shù)字電壓值，記為UmiMi;i = I至N ;
[0010](3)計算浮子處于機(jī)械零位時每路惠斯頓檢測電橋?qū)?yīng)的電氣零偏U-，Uobi =(Umaxoi+Uminoi)/2 ;i = I 至 N ;
[0011](4)將獲得的電氣零偏作為浮子磁懸浮位置控制的參考電壓，實現(xiàn)浮子的定中控制。
[0012]所述三浮慣性儀表為陀螺或陀螺加速度計。
[0013]N路惠斯頓檢測電橋為5路惠斯頓檢測電橋，包括一路軸向惠斯頓檢測電橋Bz和4路徑向惠斯頓檢測電橋Blx、Bly、Brx、Bry ;軸向惠斯頓檢測電橋Bz的磁懸浮元件LI位于浮子的軸向上并且位于右端，軸向惠斯頓檢測電橋Bz的磁懸浮元件L2位于浮子的軸向上并且位于左端；徑向惠斯頓檢測電橋Blx的磁懸浮元件L3位于浮子徑向上并且位于左上端，徑向惠斯頓檢測電橋Blx的磁懸浮元件L4位于浮子徑向上并且位于左下端；徑向惠斯頓檢測電橋Bly的磁懸浮元件L5位于浮子徑向上并且位于左前端，徑向惠斯頓檢測電橋Bly的磁懸浮元件L6位于浮子徑向上并且位于左后端；徑向惠斯頓檢測電橋Brx的磁懸浮元件L7位于浮子徑向上并且位于右上端，徑向惠斯頓檢測電橋Brx的磁懸浮元件L8位于浮子徑向上并且位于右下端；徑向惠斯頓檢測電橋Bry的磁懸浮元件L9位于浮子徑向上并且位于右前端，徑向惠斯頓檢測電橋Bly的磁懸浮元件LlO位于浮子徑向上并且位于右后端。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0015]本發(fā)明通過自動控制加力拖曳浮子三軸正交運(yùn)動，測定對應(yīng)的電橋輸出電壓范圍，獲得浮子處于機(jī)械零位時的電氣零位偏差，并將其作為有源磁懸浮閉環(huán)控制的參考電壓，實現(xiàn)三浮慣性儀表浮子的定中控制。對于儀表磁懸浮元件參數(shù)、整表裝配等誤差等具有較好的容錯性。對于具有不同裝配誤差的三浮慣性儀表，可使用參數(shù)完全一致的正式磁懸浮控制電路板，可避免先采用工藝磁懸浮控制電路板進(jìn)行濕對中調(diào)整匹配，再用正式磁懸浮控制電路板進(jìn)行配表定中控制導(dǎo)致的參數(shù)誤差對三浮儀表精度的影響；避免了采用標(biāo)稱串并聯(lián)電阻對期望非標(biāo)阻值的逼近誤差。通過軟件編程，高效、自動完成濕對中測試過程，且直接與后續(xù)的閉環(huán)磁懸浮控制形成一體化測試流程；可配合死區(qū)、剛度等參數(shù)靈活調(diào)整，有利于進(jìn)一步提尚儀表有源磁懸浮定中控制的精度。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的浮子形狀及正交坐標(biāo)系。
[0017]圖2為本發(fā)明的磁懸浮控制系統(tǒng)的五路RL惠斯頓檢測電橋。
[0018]圖3為本發(fā)明的電路實現(xiàn)方案框圖，其中檢測電橋的電路原理圖為圖2。
[0019]圖4為本發(fā)明的整體實現(xiàn)流程圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步的說明。
[0021]在三浮慣性儀表的有源磁懸浮控制系統(tǒng)中，磁懸浮元件通過分時方式作為浮子位置檢測的傳感器與浮子運(yùn)動的力矩器。圖1為圓柱狀浮子的形狀及其運(yùn)動坐標(biāo)系示意圖。軸向惠斯頓檢測電橋Bz的磁懸浮元件LI位于浮子的軸向上并且位于右端，磁懸浮元件L2位于浮子的軸向上并且位于左端；徑向惠斯頓檢測電橋Blx的磁懸浮元件L3位于浮子徑向上并且位于左上端，磁懸浮元件L4位于浮子徑向上并且位于左下端；徑向惠斯頓檢測電橋Bly的磁懸浮元件L5位于浮子徑向上并且位于左前端，徑向惠斯頓檢測電橋Bly的磁懸浮元件L6位于浮子徑向上并且位于左后端；徑向惠斯頓檢測電橋Brx的磁懸浮元件L7位于浮子徑向上并且位于右上端，磁懸浮元件L8位于浮子徑向上并且位于右下端；徑向惠斯頓檢測電橋Bry的磁懸浮元件L9位于浮子徑向上并且位于右前端，徑向惠斯頓檢測電橋Bly的磁懸浮元件LlO位于浮子徑向上并且位于右后端。在濕對中標(biāo)定過程中，浮子在磁拉力的作用下，分別沿X、Y、Z三個正交方向運(yùn)動:如圖1所示，Z軸方向位于浮子軸向上，Z軸正向指向浮子右端；Χ方向和Y方向位于浮子徑向上，其中X軸正向指向浮子上方，Y軸正向指向浮子前方。
[0022]圖2中為五路RL惠斯頓檢測電橋示意圖，五路RL惠斯頓電橋共用交流激勵信號源仏，輸出電壓為Upl?Up5，經(jīng)信號調(diào)理電路(含差動放大、解調(diào)等環(huán)節(jié))后輸出為1?15，反映浮子三軸正交運(yùn)動的位置。磁懸浮元件(L1, L2,…，L10)復(fù)用作傳感器與力矩器。軸向惠斯頓檢測電橋Bz包括兩個軸向橋臂電阻Rsz、兩個限流電阻Rfz和軸向磁懸浮元件L1、L2，軸向惠斯頓檢測電橋的輸出信號為U P1，其中一個電阻Rsz的一端與激勵信號相連，另一端分別與限流電阻Rfz的一端以及軸向磁懸浮元件的一端相連；限流電阻Rfz的另一端與加力信號相連，軸向磁懸浮元件的另一端接地。每路徑向惠