簡易陀螺儀慣性制導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳和洲　陳登林

摘 要：在設(shè)計(jì)陀螺儀的過程中，需要注意陀螺儀應(yīng)用于飛機(jī)控制飛行慣性制導(dǎo)系統(tǒng)時(shí)需要搭建傳感器、單片機(jī)、晶體放大驅(qū)動三大模塊。隨后需要綜合積分算法，從而保證陀螺儀可以自行調(diào)整飛機(jī)航線，而這項(xiàng)技術(shù)一般應(yīng)用于自動駕駛系統(tǒng)中，飛行員在飛機(jī)飛行的過程中使用自動駕駛技術(shù)就能夠極大的降低工作量，從而提升飛行質(zhì)量。本文主要針對于簡易陀螺儀在制作的過程中慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并且對于未來的簡易陀螺儀慣性制導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：簡易陀螺儀 慣性制導(dǎo) 調(diào)整航線 積分算法

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)涉及精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子、光學(xué)、自動控制、材料等領(lǐng)域，由此可見，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展與多項(xiàng)頂尖領(lǐng)域的發(fā)展相關(guān)?，F(xiàn)代科技的增長實(shí)現(xiàn)了我國飛行區(qū)慣性傳感器方面的進(jìn)步，陀螺儀作為較為常見的慣性敏感器，成為了INS系統(tǒng)的基礎(chǔ)核心。因此，陀螺儀的技術(shù)水平影響到了我國慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展。

1 陀螺慣性制導(dǎo)的發(fā)展趨勢

未來陀螺慣性制導(dǎo)發(fā)展過程中，激光將會發(fā)揮出更大的作用。與傳統(tǒng)機(jī)械陀螺相比，激光測向有更高的可靠性和更高的性能。當(dāng)下世界上很多國家已經(jīng)開始了激光陀螺的研發(fā)，不同的用途決定了對陀螺儀不同的要求，例如戰(zhàn)略導(dǎo)彈、空間飛行器、自主式潛艇導(dǎo)航、高能激光武器瞄準(zhǔn)、跟蹤等等都需要使用高度慣性陀螺。而一些精度不高的瞄準(zhǔn)任務(wù)則是需要使用中等精度慣性陀螺[1]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)

慣性制導(dǎo)系統(tǒng)主要的構(gòu)成內(nèi)容有傳感器、單片機(jī)、放大驅(qū)動、細(xì)小元件等等。傳感器主要的作用就是測量角數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)來進(jìn)行修正。傳感器在運(yùn)行的過程中相關(guān)數(shù)據(jù)需要使用單片機(jī)來進(jìn)行收集，隨后將屬于用于計(jì)算，就能夠掌握直升機(jī)當(dāng)下的偏離角速度。最后經(jīng)過放大驅(qū)動模塊的加強(qiáng)，可以將電信號放大到可以驅(qū)動電機(jī)的程度[2]?？刂菩盘柵c螺旋槳轉(zhuǎn)動呈現(xiàn)相反對應(yīng)的情況，左側(cè)信號閃動，表示右側(cè)螺旋槳轉(zhuǎn)動，右側(cè)信號閃動，表示左側(cè)螺旋槳轉(zhuǎn)動。下圖1為直升機(jī)系統(tǒng)的組成圖。

2.2 電路設(shè)計(jì)

2.2.1 放大驅(qū)動電路

放大驅(qū)動電路的端口與需要與STC系統(tǒng)相連接，從而轉(zhuǎn)動電機(jī)，帶動螺旋槳[4]。放大驅(qū)動電路的主要技術(shù)來源來自于H橋式電機(jī)驅(qū)動電路，將這一電路進(jìn)行改進(jìn)之后得出放大驅(qū)動電路。將4個(gè)與門同一“使能”的導(dǎo)通信號相連接，使用同一信號就能夠控制電路的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行效果。而將兩個(gè)非門通過一種方向輸入電流之后可以保證任何時(shí)候H橋電路上同側(cè)都只有一個(gè)三極管通電。而一般來說，電機(jī)的運(yùn)行需要三個(gè)信號進(jìn)行控制：兩個(gè)方向信號、一個(gè)使能信號，改進(jìn)之后的電路可以控制電機(jī)的運(yùn)行，保證電機(jī)在兩個(gè)方向上前進(jìn)[5]。

2.2.2 單片機(jī)電路

單片機(jī)在運(yùn)行的過程中，作用在于換算出直升機(jī)當(dāng)下的偏離航線以及偏離角速度，從而得出回正角度數(shù)值，進(jìn)而通過電機(jī)的數(shù)據(jù)提醒，讓飛行員調(diào)整回飛行方向。與其他模塊相比較，這一模塊較小，但是承擔(dān)了非常重要的作用。單片機(jī)的電路中RST端口連接復(fù)位電路作用在于保證單片機(jī)內(nèi)部各電路的具體數(shù)值。而VCC端口的作用在于能夠與供電電路相連接，保證單片機(jī)供電。

3 結(jié)語

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，經(jīng)過測試能夠更好地控制直升機(jī)的航向控制，這一系統(tǒng)的完成真正意義上實(shí)現(xiàn)了簡易陀螺儀慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。未來的激光制導(dǎo)陀螺儀將正式的取代機(jī)械陀螺儀，同時(shí)也能夠?qū)⑦\(yùn)動物體的方位確定得到更好的落實(shí)。未來，航空、航天、國防等等領(lǐng)域都將使用慣性陀螺儀作為慣性導(dǎo)航儀器，這是科技決定的發(fā)展方向[6]。在慣性制導(dǎo)的過程中，陀螺儀是控制飛機(jī)飛行、武器瞄準(zhǔn)的重要部件，正是由于陀螺儀具有良好的平衡性以及空間定向性，因此將廣泛應(yīng)用于未來的飛行設(shè)備中。伴隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，越來越多的無人飛行器材也將出現(xiàn)，陀螺儀慣性制導(dǎo)的意義就在于能夠?qū)w行員的工作量無限縮小，甚至最后可以使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自主控制，這對于無人機(jī)等等無人飛行器也是良好的發(fā)展前景[7]。

參考文獻(xiàn)：

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