某型號導(dǎo)彈慣組轉(zhuǎn)臺控制器的研制

　　摘要：從分析某型號導(dǎo)彈慣組實際測試與標(biāo)定過程出發(fā)，基于單片機(jī)控制技術(shù)研制了某型號導(dǎo)彈慣組轉(zhuǎn)臺控制器;簡單介紹了慣組測試與標(biāo)定的原理，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件各功能模塊的設(shè)計與實現(xiàn)方法。試驗結(jié)果表明，該儀器具有性能穩(wěn)定可靠，實用性強(qiáng)，提高了測試精度，縮短了測試時間，延長了導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的使用壽命，為某型號導(dǎo)彈慣組測試與標(biāo)定提供了快速有效的方法和手段，解決了目前部隊慣組標(biāo)定與測試過程中遇到的技術(shù)難題，具有重大的軍事意義和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

　　引言

　　目前在部隊某型號導(dǎo)彈的慣組標(biāo)定與測試過程中，號手手動搖擺轉(zhuǎn)臺的次數(shù)較多，影響了測試效率，同時也容易產(chǎn)生人為操作誤差，影響慣組的測試精度，易造成轉(zhuǎn)臺甚至慣組等設(shè)備損壞。為了減小慣組的測試誤差，提高測試精度，減少測試時間，方便檢測轉(zhuǎn)臺的工作狀態(tài)，并防止人為因素?fù)p壞轉(zhuǎn)臺和慣組等設(shè)備，利用較為成熟的單片機(jī)自動控制與測試技術(shù)，將現(xiàn)有的某導(dǎo)彈慣組轉(zhuǎn)臺進(jìn)行了自動化改進(jìn)，研制導(dǎo)彈慣組轉(zhuǎn)臺控制器，實現(xiàn)導(dǎo)彈慣組的自動化標(biāo)定與測試，并實時監(jiān)控轉(zhuǎn)臺工作狀態(tài)，來解決目前部隊慣組標(biāo)定與測試過程中遇到的技術(shù)難題十分必要。

　　慣組及其標(biāo)定與測試簡介

　　慣性系統(tǒng)是應(yīng)用慣性儀表構(gòu)成的慣性測量系統(tǒng)。它在導(dǎo)彈等飛行器控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，是根據(jù)飛行器在空間的運動有六個自由度(即三個角運動和三個線運動)而確立相應(yīng)的慣性系統(tǒng)。利用三個單自由度陀螺儀可以建立三個相互正交的基準(zhǔn)方向，相對此基準(zhǔn)方向可以測出導(dǎo)彈的三個姿態(tài)角;利用三個加速度計可以測出導(dǎo)彈沿三個基準(zhǔn)方向的加速度。三個陀螺儀和三個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(gòu)成慣性測量組合，簡稱慣組。

　　慣組是導(dǎo)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(dǎo)航信息，其性能與精度直接影響導(dǎo)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(dǎo)航精度，需要對慣性儀表進(jìn)行定期的標(biāo)定和測試。用轉(zhuǎn)臺測試慣性儀表是比較常用的方法。

　　轉(zhuǎn)臺由三個環(huán)組成，分別稱為外環(huán)、中環(huán)和內(nèi)環(huán)，每個環(huán)都由一個步進(jìn)電機(jī)來控制其的轉(zhuǎn)動角速度與角度。轉(zhuǎn)臺的主要功能是使安裝在轉(zhuǎn)臺上的慣組(慣性測量儀器)在三個方向獲得不同的角速度和角度，使之輸出相應(yīng)的供控制系統(tǒng)檢查測試用的信號，完成慣組的標(biāo)定與測試。

　　某型號導(dǎo)彈慣組標(biāo)定與測試用轉(zhuǎn)臺實物圖如圖1所示。

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

　　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　根據(jù)慣組標(biāo)定與測試的總體功能要求，結(jié)合該測試設(shè)備的工作原理和特點，利用較為成熟的嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)、自動控制技術(shù)和智能檢測技術(shù)，確定了基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)臺控制器的硬件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)總體架構(gòu)框圖如圖3所示。整個系統(tǒng)的組成包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動模塊，串口下載模塊，LCD顯示模塊，電機(jī)驅(qū)動電流監(jiān)測與控制模塊，獨立按鍵控制模塊等部分組成。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)

　　轉(zhuǎn)臺控制器采用AT89C55單片機(jī)作為步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的運動控制核心部件，采用電機(jī)驅(qū)動芯片L298及其外圍電路構(gòu)成整個系統(tǒng)的驅(qū)動部分，再加上串口通信、LCD顯示、按鍵控制及驅(qū)動電流監(jiān)控等外圍電路構(gòu)成一個完整的轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)。

　　單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)

　　由AT89C55單片機(jī)及其外圍電路組成的單片機(jī)最小系統(tǒng)，是整個轉(zhuǎn)臺控制器的核心，其主要特點是可以在線擦寫，方便程序更改，用于檢測是否有按鍵按下，適時發(fā)出控制命令控制轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，控制LCD模塊顯示轉(zhuǎn)臺工作情況，檢測并顯示驅(qū)動電流，若電流超限自動斷電，此外還具備系統(tǒng)復(fù)位功能和自檢功能以保證系統(tǒng)處于正常的工作狀態(tài)。

　　單片機(jī)的P0口、P1口、P2口、P3口全部參與系統(tǒng)工作，其中P0口主要用于控制LCD的顯示;P1口主要用于通過電機(jī)驅(qū)動芯片L298控制轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動;P2口主要通過控制ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)化芯片來監(jiān)測驅(qū)動電流的大小;P3口主要用于檢測按鍵控制電路工作狀態(tài)。

　　電機(jī)驅(qū)動模塊

　　轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的每個軸都由步進(jìn)電機(jī)帶動，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動靠單片機(jī)發(fā)出的脈沖信號來實現(xiàn)，而單片機(jī)驅(qū)動能力不足以驅(qū)動轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動，因此需要設(shè)計電機(jī)驅(qū)動電路來實現(xiàn)單片機(jī)對轉(zhuǎn)臺的控制?？紤]用硬件設(shè)計驅(qū)動電路的方法會使電路復(fù)雜，調(diào)試不方便，而且采用多個元器件搭接，成本高，相互之間易受干擾，而直接采用集成的驅(qū)動芯片來驅(qū)動，電路穩(wěn)定，成本低，易于控制，所以該系統(tǒng)采用電機(jī)驅(qū)動芯片L298作為電機(jī)驅(qū)動部分的核心部件。