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際測試與標定過程出發(fā)，基于單片機控制技術研制了某型號導彈慣組轉臺控制器;簡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(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件各功能模塊的設計與實現(xiàn)方法。試驗結果表明，該儀器具有性能穩(wěn)定可靠，實用性強，提高了測試精度，縮短了測試時間，延長了導彈武器系統(tǒng)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程中遇到的技術難題，具有重大的軍事意義和顯著的經濟效益。

　　引言

　　目前在部隊某型號導彈的慣組標定與測試過程中，號手手動搖擺轉臺的次數(shù)較多，影響了測試效率，同時也容易產生人為操作誤差，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控制與測試技術，將現(xiàn)有的某導彈慣組轉臺進行了自動化改進，研制導彈慣組轉臺控制器，實現(xiàn)導彈慣組的自動化標定與測試，并實時監(jiān)控轉臺工作狀態(tài)，來解決目前部隊慣組標定與測試過程中遇到的技術難題十分必要。

　　慣組及其標定與測試簡介

　　慣性系統(tǒng)是應用慣性儀表構成的慣性測量系統(tǒng)。它在導彈等飛行器控制系統(tǒng)中的應用，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方向，相對此基準方向可以測出導彈的三個姿態(tài)角;利用三個加速度計可以測出導彈沿三個基準方向的加速度。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，構成慣性測量組合，簡稱慣組。

　　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，需要對慣性儀表進行定期的標定和測試。用轉臺測試慣性儀表是比較常用的方法。

　　轉臺由三個環(huán)組成，分別稱為外環(huán)、中環(huán)和內環(huán)，每個環(huán)都由一個步進電機來控制其的轉動角速度與角度。轉臺的主要功能是使安裝在轉臺上的慣組(慣性測量儀器)在三個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(tǒng)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物圖如圖1所示。

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

　　系統(tǒng)總體結構

　　根據(jù)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，利用較為成熟的嵌入式單片機系統(tǒng)、自動控制技術和智能檢測技術，確定了基于單片機的轉臺控制器的硬件結構，系統(tǒng)總體架構框圖如圖3所示。整個系統(tǒng)的組成包括單片機最小系統(tǒng)，電機驅動模塊，串口下載模塊，LCD顯示模塊，電機驅動電流監(jiān)測與控制模塊，獨立按鍵控制模塊等部分組成。

　　系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn)

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

　　單片機最小應用系統(tǒng)

　　由AT89C55單片機及其外圍電路組成的單片機最小系統(tǒng)，是整個轉臺控制器的核心，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)出控制命令控制轉臺轉動，控制LCD模塊顯示轉臺工作情況，檢測并顯示驅動電流，若電流超限自動斷電，此外還具備系統(tǒng)復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驅動芯片L298控制轉臺轉動;P2口主要通過控制ADC0804模數(shù)轉化芯片來監(jiān)測驅動電流的大小;P3口主要用于檢測按鍵控制電路工作狀態(tài)。

　　電機驅動模塊

　　轉臺系統(tǒng)的每個軸都由步進電機帶動，步進電機的轉動靠單片機發(fā)出的脈沖信號來實現(xiàn)，而單片機驅動能力不足以驅動轉臺的轉動，因此需要設計電機驅動電路來實現(xiàn)單片機對轉臺的控制。考慮用硬件設計驅動電路的方法會使電路復雜，調試不方便，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動芯片來驅動，電路穩(wěn)定，成本低，易于控制，所以該系統(tǒng)采用電機驅動芯片L298作為電機驅動部分的核心部件。