尋北儀中力矩電流發(fā)生器的設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)撓性陀螺尋北儀控制力矩產(chǎn)生的需要，設(shè)計(jì)了力矩電流發(fā)生器?？刂朴?jì)算機(jī)解算得到的控制電流所對(duì)應(yīng)的控制電壓通過(guò)ADT800輸出給壓控恒流源，通過(guò)軟件控制開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)控制電流的精粗和極性轉(zhuǎn)換，解決了系統(tǒng)對(duì)大范圍、高精度控制電流的需求。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，該電路工作穩(wěn)定，能滿足系統(tǒng)性能要求，可推廣應(yīng)用到其他慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中。
關(guān)鍵詞：尋北儀；撓性陀螺儀；力矩器；恒流源；開關(guān)電路

O 引言
尋北儀在軍事和民用領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用，它可測(cè)出載體縱軸與真北的夾角，用于為車輛、船舶等載體提供方位基準(zhǔn)。力矩電流發(fā)生器作為尋北儀的重要組成部分，地位極其重要，其作用是將計(jì)算機(jī)輸出的以數(shù)字量形式表示的方位和水平電流值轉(zhuǎn)換成模擬電流，分別輸入陀螺儀方位力矩器和水平力矩器，以產(chǎn)生找北力矩和阻尼力矩，使陀螺儀主軸跟蹤地理子午面的運(yùn)動(dòng)。

1 尋北儀微機(jī)控制系統(tǒng)
圖1給出了尋北儀微機(jī)控制系統(tǒng)的示意圖。控制計(jì)算機(jī)完成對(duì)主體儀器的檢測(cè)和控制，同時(shí)負(fù)責(zé)顯示、鍵盤等人機(jī)交互內(nèi)容?？刂朴?jì)算機(jī)通過(guò)串口獲取傾角傳感器姿態(tài)、航向發(fā)送器航向、計(jì)程儀／GPS航速等信息，利用ADT800模塊的A／D部分采集2路加速度計(jì)Az、Ay以及水平信號(hào)器Ey、方位信號(hào)器Ez等信息，定時(shí)解算控制電流并通過(guò)串口向其他設(shè)備發(fā)送航向信息。計(jì)算機(jī)解算得到的控制電流為數(shù)字形式，通過(guò)ADT800模塊的D／A部分輸出代表電流大小的電壓信號(hào)，通過(guò)壓控恒流源轉(zhuǎn)換為電流輸出，輸入到主體儀器的陀螺力矩器中，使陀螺跟蹤地理坐標(biāo)系。

2 力矩電流發(fā)生器硬件電路
2．1 總體結(jié)構(gòu)
根據(jù)尋北儀總體要求，控制電流有兩路，其中一路控制方位、一路控制水平，輸出控制電流的最大值為80 mA，最小值為0．5 μA，電流精度要求優(yōu)于O．5μA。如果不分檔，要滿足這樣大的范圍和高精度的要求，D／A轉(zhuǎn)換的分辨率應(yīng)為1 LSB=O．5×10-3／80=1／160 000(小于1／217而大于1／218)，故需要18位的D／A轉(zhuǎn)換芯片，并要求有關(guān)電路具有百萬(wàn)分之六的精度。為了降低對(duì)元器件的要求，將輸出電流分為2檔：取精電流的范圍為O～1．25 mA；而粗電流的范圍取為1．25～80 mA。分檔后對(duì)精電流精度的誤差要求為δ=O．5×10-3／1.25=O.000 4。若選取12位的D／A轉(zhuǎn)換芯片，其分辨率為1LSB=1／212=0．000 244，可見能滿足精度要求。為了進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換精度，采用電壓控制的恒流源向負(fù)載(陀螺力矩器線圈)提供電流。由于電流是恒流源，故它不會(huì)受負(fù)載變化以及電源波動(dòng)等因素影響，保證了轉(zhuǎn)換精度。D／A輸出的電壓信號(hào)由計(jì)算機(jī)根據(jù)修正回路控制模型補(bǔ)償各種尋北儀誤差后解算控制輸出。設(shè)計(jì)的力矩電流發(fā)生器原理框圖如圖2所示。