惯导寻北系统用变力矩加解锁控制电路

摘要

本发明公开了一种光纤陀螺惯导寻北系统的变力矩加解锁控制电路，包括定时器电路、逻辑运算电路、电流切换电路和电机逆变电路。定时器电路将加解锁过程分为定时到时前、后两个时间段；逻辑运算电路对定时器电路的两路输出信号进行逻辑运算处理；电流切换电路在定时器电路到时后将限流电阻切换到加解锁电机的电流回路，使加解锁电机在定时到时前高速转动，定时到时后低速转动；电机逆变电路控制加解锁电机正、反向转动。本发明解决了加解锁装置中锁紧头高速撞击固定槽而造成齿轮齿条机构卡死的问题；减小了锁紧头在加解锁过程中受到的冲击力，增加了锁紧头的使用寿命；提高了惯导寻北系统加解锁装置的可靠性。

说明书

技术领域

本发明属于电子控制领域，主要涉及一种光纤陀螺惯导寻北系统的加解 锁控制电路，尤其涉及一种光纤陀螺惯导寻北系统的变力矩加解锁控制电路。

背景技术

惯导系统进行惯性导航时，要求在导航前确定正北的方向。光纤陀螺具 有成本低、可靠性高、性能好、与重力加速度无关等优点，成为惯导寻北系 统的首选惯性器件。

目前，光纤陀螺寻北的主流设计方案是多位置寻北法，即利用光纤陀螺 对地球自转角速度在不同方位上水平分量的测量值来计算地理真北方向。在 若干个特定的相隔角度已知的位置上分别采集光纤陀螺输出，即可求解出北 向夹角。典型的四位置寻北法在相互正交的4个位置上采集光纤陀螺输出。 第一位置与地理北向的夹角为θ,第二位置与地理北向的夹角为θ+90度，第 三位置与地理北向的夹角为θ+180度，第四位置与地理北向的夹角为θ+270 度，根据四个位置光纤陀螺的输出值可以计算出θ，即北向夹角。欲实现四 位置寻北方案，光纤陀螺寻北系统需要转动部件带动光纤陀螺旋转，需要加 解锁装置保证测试位置间的夹角精度以及测试时光纤陀螺的稳定性。

目前常规的加解锁装置由加解锁电机、控制电路、齿轮齿条机构、锁紧 头和固定槽构成，加解锁电机、控制电路、齿轮齿条机构、锁紧头在陀螺转 台上，固定槽在陀螺转台不转动的外壳上。当伺服系统控制陀螺转台到达某 一个测量位置时，控制电路控制加解锁电机正转，齿条齿轮机构将电机的转 动转换为平动，带动锁紧头深入到固定槽中，从而实现了对陀螺转台加锁的 功能。当该位置的测量结束时，控制电路控制加解锁电机反转，齿轮齿条机 构将电机的转动转换为平动，带动锁紧头从固定槽撤出，实现对陀螺转台解 锁的功能。在加解锁过程中，控制电路采用时间控制方式，锁紧头先撞到陀 螺转台外壁的固定槽上，时间到达之后，再撤销加锁命令给加解锁电机断电。 加解锁电机在转动过程中，控制电路对加解锁电机一直提供固定电压。由于 加解锁齿轮齿条机构存在摩擦和挤压等作用力，需要比较大的启动力矩使电 机启动，因此加解锁电机在转动过程中始终力矩较大，加解锁电机带动的锁 紧头最终高速撞击到陀螺转台外壳的固定槽上，很容易造成加解锁齿轮齿条 机构变形、卡死，不能再执行解锁操作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，为惯导寻北系统的加解锁装置提供一种变 力矩加解锁控制电路。

为解决上述技术问题，本发明提供的变力矩加解锁控制电路包括定时器 电路、逻辑运算电路、电流切换电路、电机逆变电路，所述定时器电路包括 第一、第二电阻和第一、第二电容；所述逻辑运算电路包括两个相同的驱动 电路，每个驱动电路包括二极管和第一、第二非门；所述电流切换电路包括 第一隔离驱动电路和电阻切换电路，第一隔离驱动电路由第三电阻和第一光 隔构成，电阻切换电路由第一继电器、第四电阻、第五电阻和第六电阻构成， 第一继电器为含有两个控制端和三个开关端的电磁继电器；所述电机逆变电 路包括第二、第三隔离驱动电路以及第二、第三继电器，第二、第三隔离驱 动电路均与第一隔离驱动电路相同，第二、第三继电器均为含有两个控制端 和六个开关端的电磁继电器；第一电阻的一端接寻北解算计算机的第一输出 端，另一端同时接第一电容的一端和一个驱动电路中第一非门的输入端，第 二电阻的一端接寻北解算计算机的第二输出端，另一端同时接第二电容的一 端和另一个驱动电路中第一非门的输入端，第一电容和第二电容的另一端均 接地；在每个驱动电路中，第一、第二非门串联且第二非门的输出端与二极 管的正极相连；在第一隔离驱动电路中，第三电阻的一端同时接两个二极管 的输出端，第三电阻的另一端与第一光隔的输入端相连；第一继电器的第一 控制端接寻北系统电源正极且第二控制端接第一光隔的输出端；第一继电器 的第一开关端通过第六电阻接地，第二开关端接第五电阻的一端，第三开关 端同时接第二、第三继电器的第一开关端，第四电阻和第五电阻串联且第四 电阻的另一端同时接第二、第三继电器的第一开关端；第二、第三继电器的 第一控制端和第六开关端均接寻北系统电源正极，第二继电器的第二控制端 接第二隔离驱动电路中第一光隔的输出端，第三继电器的第二控制端接第三 隔离驱动电路中第一光隔的输出端，第二继电器的第二开关端同时与第三继 电器的第五开关端和加解锁电机的负极端连接，第二、第三继电器的第四开 关端相连；第二继电器的第五开关端同时与第三继电器的第二开关端和加解 锁电机的正极端连接，第二、第三继电器的第三开关端均悬空；第二隔离驱 动电路中的第三电阻的一端与与寻北解算计算机的第一输出端相连，第三隔 离驱动电路中的第三电阻的一端与寻北解算计算机的第二输出端相连。

本发明的有益效果是，本发明在惯导寻北系统原有加解锁电路的基础上， 增加了定时器电路、逻辑运算电路和电流切换电路。定时器电路对加解锁操 作进行定时，在定时到时前，加解锁电机以大力矩高速转动；定时到时后， 逻辑运算电路对定时器电路输出的两路信号进行逻辑或运算，并输出给电流 切换电路，电流切换电路将限流电阻切换到加解锁电机的电流回路中，加解 锁电机电流变小，加解锁电机带动的锁紧头以低速碰到陀螺转台外壁的固定 槽，从而解决了锁紧头高速撞击固定槽造成加解锁装置齿轮齿条机构卡死的 问题；减小了锁紧头在加解锁过程中受到的冲击力，增加了锁紧头的使用寿 命；提高了惯导寻北系统加解锁装置的可靠性。

附图说明

图1是本发明变力矩加解锁电路的原理方框图。

图2是本发明变力矩加解锁电路实施例的具体电路图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例，对本发明做进一步的详述。

如图1所示，本发明优选实施例提供的控制电路包括定时器电路、逻辑 运算电路、电流切换电路、电机逆变电路，当寻北计算机同步向电机逆变电 路和定时器电路发出加锁指令时，电机逆变电路将寻北系统电源正极切换到 加解锁电机的正极端，将加解锁电机的负极端通过电流切换电路接寻北系统 电源地，从而驱动加解锁电机正向转动；与此同时，定时器电路开始计时， 当计时到时，定时器电路向逻辑运算电路输出两路控制信号，逻辑运算电路 对这两路制信号进行逻辑或运算并将或运算结果送入电流切换电路。电流切 换电路的功能是，当逻辑运算电路的或运算结果为低电平时维持正常的电流 输出，加解锁电机高速运行；当逻辑运算电路的或运算结果为高电平时，将 自身的限流电阻切换到加解锁电机的电流回路中进行限流，加解锁电机低速 运行。当加锁指令撤销时，电机逆变电路使加解锁电机的正极端和负极端均 悬空，加解锁电机停止转动。

同理，当寻北计算机同步向电机逆变电路和定时器电路发出解锁指令时， 电机逆变电路将寻北系统电源正极切换到加解锁电机的负极端，将加解锁电 机的正极端通过电流切换电路接寻北系统电源地，从而驱动加解锁电机反向 转动；与此同时，定时器电路开始计时，当计时到时，定时器电路向逻辑运 算电路输出两路控制信号，逻辑运算电路对这两路制信号进行逻辑或运算并 将或运算结果送入电流切换电路。电流切换电路的功能是，当逻辑运算电路 的或运算结果为低电平时维持正常的电流输出，加解锁电机高速运行；当逻 辑运算电路的或运算结果为高电平时，将自身的限流电阻切换到加解锁电机 的电流回路中进行限流，加解锁电机低速运行。当解锁指令撤销时，电机逆 变电路使加解锁电机的正极端和负极端均悬空，加解锁电机停止转动。

根据图2所示，定时器电路2-1包括由第一电阻R1和第一电容C1构成 的第一RC网络、由第二电阻R2和第二电容C2构成的第二RC网络。第一 电阻R1的一端接寻北解算计算机的第一输出端IN1，另一端同时接第一电容 C1的一端和逻辑运算电路的第一输入端。第二电阻R2的一端接寻北解算计 算机的第二输出端IN2，另一端同时接第二电容C2的一端和逻辑运算电路的 第二输入端。第一电容C1和第二电容C2的另外一端均接地。当寻北解算计 算机的第一输出端高电平且第二输出端低电平即发出加锁指令时，第一RC网 络开始充电即计时开始，在第一RC网络充电过程中，第一RC网络向逻辑运 算电路2-2的第一输入端输出低电平；当第一RC网络充满电时，即计时到时， 第一RC网络向逻辑运算电路2-2的第一输入端输出高电平；此期间，第二 RC网络不充电且一直向逻辑运算电路2-2的第二输入端输出低电平。当寻北 解算计算机的第一输出端变为低电平且第二输出端的电平保持不变时，第一 RC网络和第二RC网络的输出均为低电平即加锁指令结束。同理，当寻北解 算计算机的第一输出端低电平且第二输出端高电平即发出解锁指令时，第二 RC网络开始充电即计时开始，在第二RC网络充电过程中，第二RC网络向 逻辑运算电路2-2的第二输入端输出低电平；当第二RC网络充满电时，即计 时到时，第二RC网络向逻辑运算电路2-2的第二输入端输出高电平；此期间， 第一RC网络不充电且一直向逻辑运算电路2-2的第一输入端输出低电平。当 寻北解算计算机的第二输出端变为低电平且第一输出端的电平保持不变时， 第一RC网络和第二RC网络的输出均为低电平即解锁指令结束。在本实施例 中，第一、第二电阻R1=R2=100KΩ，第一、第二电容C1=C2=47μF。

逻辑运算电路2-2包括两个相同的驱动电路，每个驱动电路包括二极管 V1和第一、第二非门D1、D2，两个非门D1、D2串联，第二非门D2的输出 端与二极管V1的正极相连，二极管V1的负极作为驱动电路的输出端，第一 非门D1的输入端作为驱动电路的输入端。第一驱动电路的输入端与第一RC 网络的输出端相连，第二驱动电路的输入端与第二RC网络的输出端相连，两 个驱动电路的输出端均与电流切换电路2-3的输入端相连。当第一或第二RC 网络输出端为高电平时，其对应的一个二极管V1导通，第一或第二驱动电路 输出高电平，当第一或第二RC网络输出端为低电平时，已导通的二极管V1 截止，第一或第二驱动电路不输出。在本实施例中，第一、第二非门D1、D2 的型号均为SN54HCT04，二极管V1的型号为1N4007。

电流切换电路2-3包括第一隔离驱动电路和电阻切换电路。第一隔离驱动 电路由第三电阻R3和第一光隔N1构成。第三电阻R3的一端与第一光隔N1 的输入端相连，第三电阻R3的另一端作为电流切换电路2-3的输入端。电阻 切换电路由第一继电器K1、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6构成， 第一继电器K1为含有两个控制端和三个开关端的电磁继电器，第一继电器 K1的第一控制端6接寻北系统电源正极且第二控制端2接第一光隔N1的输 出端；第一继电器K1的第一开关端3通过第六电阻R6接地，第二开关端8 接第五电阻R5的一端，第三开关端1接电机逆变电路，第四电阻R4和第五 电阻R5串联，第四电阻R4的另一端接电机逆变电路。当第一驱动电路或第 二驱动电路有输出信号时，第一光隔N1导通，第一继电器K1的第二控制端 2通过第一光隔N1接地，第一继电器K1的第一开关端3和第二开关端8导 通，电流切换电路2-3通过第一继电器K1的第二开关端8和串联电阻R4、 R5与电机逆变电路构成电流回路；当第一驱动电路和第二驱动电路都没有输 出信号时，第一光隔N1截止，第一继电器K1的第二开关端8悬空，第一继 电器K1的第一开关端3和第三开关端1导通，电流切换电路2-3通过第三开 关端1与电机逆变电路构成电流回路。在本实施例中，第一继电器K1的型号 为JRC-201MB-027-01-II，该产品有六个开关端，其第四、第五、第六开关端 7、4、5没有使用。在本实施例中，第三电阻R3=510Ω，第四、第五电阻 R4=R5=50Ω、第六电阻R6=200Ω、第一光隔N1的型号为4N25。

电机逆变电路2-4包括第二隔离驱动电路、第三隔离驱动电路、第二继电 器K2和第三继电器K3。第二、第三隔离驱动电路均与第一隔离驱动电路相 同。第二继电器K2和第三继电器K3均为含有两个控制端和六个开关端的电 磁继电器。第二继电器K2的第一控制端6和第六开关端5均接寻北系统电源 正极，第二控制端2接第二隔离驱动电路的输出端；第一开关端3连接第三 继电器K3的第一开关端3；第二开关端8同时与第三继电器K3的第五开关 端4和加解锁电机的负极端连接；第三开关端1悬空；第四开关端7与第三 继电器K3的第四开关端7连接；第五开关端4同时与第三继电器K3的第二 开关端8和加解锁电机的正极端连接。第三继电器K3的第一控制端6和第六 开关端5均接寻北系统电源正极，第二控制端2接第三隔离驱动电路的输出 端；第二开关端8连接加解锁电机的正极端；第三开关端1悬空；第五开关 端4连接加解锁电机的负极端。第二隔离驱动电路的输入端与寻北解算计算 机的第一输出端相连。第三隔离驱动电路的输入端与寻北解算计算机的第二 输出端相连。在本实施例中，第二、三继电器K2、K3的型号均为 JRC-201MB-027-01-II。

当寻北解算计算机的第一输出端为高电平且第二输出端为低电平即发出 加锁指令时，第二隔离驱动电路中的第一光隔N1导通，使第二继电器K2的 第二控制端2接地，使第二继电器K2的第一开关端3和第二开关端8导通， 使第二继电器K2的第四开关端7和第五开关端4导通，加解锁电机的正极通 过第二继电器K2的第五开关端4与寻北系统电源正极相连，负极通过第二继 电器K2的第二开关端8和第一继电器K1的第三开关端1与电流切换电路2-3 构成电流回路，加解锁电机以大力矩正向转动；当定时器计时到时时，第一 继电器K1的第三开关端1与第二继电器K2的第二开关端8断开，此时加解 锁电机的负极通过第二继电器K2的第二开关端8、第四、第五电阻R4、R5 以及第一继电器K1的第二开关端8与电流切换电路2-3构成电流回路，加解 锁电机以小力矩正向转动。当寻北解算计算机的第一输出端变为低电平且第 二输出端的电平保持不变时，加锁指令结束，加解锁电机停止转动。

同理，当寻北解算计算机的第一输出端低电平且第二输出端高电平即发 出解锁指令时，第三隔离驱动电路中的第一光隔N1导通，使第三继电器K3 的第二控制端2接地，使第三继电器K3的第一开关端3和第二开关端8导通， 使第三继电器K3的第四开关端7和第五开关端4导通，加解锁电机的正极通 过第三继电器K3的第二开关端8和第一继电器K1的第三开关端1与电流切 换电路2-3构成电流回路，负极通过第三继电器K3的第五开关端4与寻北系 统电源正极相连，加解锁电机以大力矩正向转动；当定时器计时到时时，第 三继电器K3的第二开关端8与第一继电器K1的第三开关端1断开，此时加 解锁电机的正极通过第三继电器K3的第二开关端8、第四、第五电阻R4、 R5以及第一继电器K1的第二开关端8与电流切换电路2-3构成电流回路， 加解锁电机以小力矩反向转动。当寻北解算计算机的第一输出端不变，第二 输出端变为低电平时，解锁指令结束，加解锁电机停止转动。