某型號導彈慣組轉臺控制器的研制

　　摘要：從分析某型號導彈慣組實(shí)際測試與標定過(guò)程出發(fā)，基于單片機控制技術(shù)研制了某型號導彈慣組轉臺控制器;簡(jiǎn)單介紹了慣組測試與標定的原理，在此基礎上詳細介紹了該系統硬件和系統軟件各功能模塊的設計與實(shí)現方法。試驗結果表明，該儀器具有性能穩定可靠，實(shí)用性強，提高了測試精度，縮短了測試時(shí)間，延長(cháng)了導彈武器系統的使用壽命，為某型號導彈慣組測試與標定提供了快速有效的方法和手段，解決了目前部隊慣組標定與測試過(guò)程中遇到的技術(shù)難題，具有重大的軍事意義和顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。

　　引言

　　目前在部隊某型號導彈的慣組標定與測試過(guò)程中，號手手動(dòng)搖擺轉臺的次數較多，影響了測試效率，同時(shí)也容易產(chǎn)生人為操作誤差，影響慣組的測試精度，易造成轉臺甚至慣組等設備損壞。為了減小慣組的測試誤差，提高測試精度，減少測試時(shí)間，方便檢測轉臺的工作狀態(tài)，并防止人為因素損壞轉臺和慣組等設備，利用較為成熟的單片機自動(dòng)控制與測試技術(shù)，將現有的某導彈慣組轉臺進(jìn)行了自動(dòng)化改進(jìn)，研制導彈慣組轉臺控制器，實(shí)現導彈慣組的自動(dòng)化標定與測試，并實(shí)時(shí)監控轉臺工作狀態(tài)，來(lái)解決目前部隊慣組標定與測試過(guò)程中遇到的技術(shù)難題十分必要。

　　慣組及其標定與測試簡(jiǎn)介

　　慣性系統是應用慣性?xún)x表構成的慣性測量系統。它在導彈等飛行器控制系統中的應用，是根據飛行器在空間的運動(dòng)有六個(gè)自由度(即三個(gè)角運動(dòng)和三個(gè)線(xiàn)運動(dòng))而確立相應的慣性系統。利用三個(gè)單自由度陀螺儀可以建立三個(gè)相互正交的基準方向，相對此基準方向可以測出導彈的三個(gè)姿態(tài)角;利用三個(gè)加速度計可以測出導彈沿三個(gè)基準方向的加速度。三個(gè)陀螺儀和三個(gè)加速度計通常是以輸入軸相互正交方式安裝在同一基座上，構成慣性測量組合，簡(jiǎn)稱(chēng)慣組。

　　慣組是導彈等飛行器的重要組成部分，它反映了飛行器的飛行姿態(tài)以及其它重要導航信息，其性能與精度直接影響導彈的性能與精度。為了確保慣性陀螺儀表工作的可靠性，檢驗其導航精度，需要對慣性?xún)x表進(jìn)行定期的標定和測試。用轉臺測試慣性?xún)x表是比較常用的方法。

　　轉臺由三個(gè)環(huán)組成，分別稱(chēng)為外環(huán)、中環(huán)和內環(huán)，每個(gè)環(huán)都由一個(gè)步進(jìn)電機來(lái)控制其的轉動(dòng)角速度與角度。轉臺的主要功能是使安裝在轉臺上的慣組(慣性測量?jì)x器)在三個(gè)方向獲得不同的角速度和角度，使之輸出相應的供控制系統檢查測試用的信號，完成慣組的標定與測試。

　　某型號導彈慣組標定與測試用轉臺實(shí)物圖如圖1所示。

　　其基本的工作原理就是：在轉臺控制系統的控制下，使三軸回轉臺按照預定的要求分別繞三個(gè)回轉軸φ、ψ、γ進(jìn)行旋轉，其原理示意圖如圖2所示。

　　系統總體結構

　　根據慣組標定與測試的總體功能要求，結合該測試設備的工作原理和特點(diǎn)，利用較為成熟的嵌入式單片機系統、自動(dòng)控制技術(shù)和智能檢測技術(shù)，確定了基于單片機的轉臺控制器的硬件結構，系統總體架構框圖如圖3所示。整個(gè)系統的組成包括單片機最小系統，電機驅動(dòng)模塊，串口下載模塊，LCD顯示模塊，電機驅動(dòng)電流監測與控制模塊，獨立按鍵控制模塊等部分組成。

　　系統硬件設計與實(shí)現

　　轉臺控制器采用AT89C55單片機作為步進(jìn)電機控制系統的運動(dòng)控制核心部件，采用電機驅動(dòng)芯片L298及其外圍電路構成整個(gè)系統的驅動(dòng)部分，再加上串口通信、LCD顯示、按鍵控制及驅動(dòng)電流監控等外圍電路構成一個(gè)完整的轉臺控制系統。

　　單片機最小應用系統

　　由AT89C55單片機及其外圍電路組成的單片機最小系統，是整個(gè)轉臺控制器的核心，其主要特點(diǎn)是可以在線(xiàn)擦寫(xiě)，方便程序更改，用于檢測是否有按鍵按下，適時(shí)發(fā)出控制命令控制轉臺轉動(dòng)，控制LCD模塊顯示轉臺工作情況，檢測并顯示驅動(dòng)電流，若電流超限自動(dòng)斷電，此外還具備系統復位功能和自檢功能以保證系統處于正常的工作狀態(tài)。

　　單片機的P0口、P1口、P2口、P3口全部參與系統工作，其中P0口主要用于控制LCD的顯示;P1口主要用于通過(guò)電機驅動(dòng)芯片L298控制轉臺轉動(dòng);P2口主要通過(guò)控制ADC0804模數轉化芯片來(lái)監測驅動(dòng)電流的大小;P3口主要用于檢測按鍵控制電路工作狀態(tài)。

　　電機驅動(dòng)模塊

　　轉臺系統的每個(gè)軸都由步進(jìn)電機帶動(dòng)，步進(jìn)電機的轉動(dòng)靠單片機發(fā)出的脈沖信號來(lái)實(shí)現，而單片機驅動(dòng)能力不足以驅動(dòng)轉臺的轉動(dòng)，因此需要設計電機驅動(dòng)電路來(lái)實(shí)現單片機對轉臺的控制?？紤]用硬件設計驅動(dòng)電路的方法會(huì )使電路復雜，調試不方便，而且采用多個(gè)元器件搭接，成本高，相互之間易受干擾，而直接采用集成的驅動(dòng)芯片來(lái)驅動(dòng)，電路穩定，成本低，易于控制，所以該系統采用電機驅動(dòng)芯片L298作為電機驅動(dòng)部分的核心部件。