一種硬桿控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種硬桿控制系統(tǒng)，它解決經(jīng)緯儀硬桿半自動跟蹤問題，本實用新型包括與硬桿依次連接的硬桿調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器與被控儀器連接，硬桿調(diào)節(jié)器包括電橋電路、第一支路和第二支路，第一支路和第二支路均包括依次連接的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調(diào)整電路、增益調(diào)節(jié)及特性調(diào)節(jié)電路以及限幅放大電路，該硬桿控制系統(tǒng)控制方法簡單、操作方便，具有搖動手柄方向任意、溫度自補償、防電磁干擾的功能，具有高靈敏度、高回位精度、成本低廉。
【專利說明】一種硬桿控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于機電一體化的伺服控制系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種硬桿控制系統(tǒng)。【背景技術(shù)】
[0002]硬桿控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于經(jīng)緯儀的遠程或超遠程控制之中，實現(xiàn)經(jīng)緯儀對目標的半自動跟蹤、定向、捕獲功能。硬桿的執(zhí)行機構(gòu)(即手柄，或者操縱桿)，分為硬桿和軟桿，而硬桿具有較好的回位精度和抗振性能；扳動硬桿手柄，離開中心位置的偏移矢量，反映了電機的旋轉(zhuǎn)方向和大小，扳動硬桿手柄的速度，反映了電機的旋轉(zhuǎn)速度。偏移量的測量常用的有紅外光學(xué)傳感器、霍爾式傳感器、力敏傳感器，力敏傳感器具有成本低廉、精度損失小、抗干擾能力強的特點；傳感器將感知的電壓信號，經(jīng)過硬桿調(diào)節(jié)器、伺服控制器處理后，控制經(jīng)緯儀完成目標精確跟蹤、定位、快速捕獲功能。
[0003]現(xiàn)有的硬桿控制系統(tǒng)，具有互換性差；信號隨溫度變化，需要單片機校正非線性輸出；易受電磁場干擾的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型為解決經(jīng)緯儀的人機智能遠程控制問題，提供一套硬桿控制系統(tǒng)。
[0005]本實用新型的技術(shù)解決方案是:
[0006]一種硬桿控制系統(tǒng)，包括與硬桿依次連接的硬桿調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器與被控儀器連接，其特殊之處在于:硬桿調(diào)節(jié)器包括電橋電路、第一支路和第二支路，第一支路和第二支路均包括依次連接的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調(diào)整電路、增益調(diào)節(jié)及特性調(diào)節(jié)電路以及限幅放大電路，電橋電路輸出信號La和Le，信號La依次通過第一支路的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調(diào)整電路、增益調(diào)節(jié)及特性調(diào)節(jié)電路、限幅放大電路與速度調(diào)節(jié)器連接，信號Le通過第二支路的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調(diào)整電路、增益調(diào)節(jié)及特性調(diào)節(jié)電路、限幅放大電路與速度調(diào)節(jié)器連接。
[0007]上述電橋電路包括應(yīng)變片RD1、應(yīng)變片RD2、應(yīng)變片RD3、應(yīng)變片RD4、應(yīng)變片RB 1、應(yīng)變片RB2以及分壓電阻；應(yīng)變片RD1、應(yīng)變片RD2、應(yīng)變片RD3以及應(yīng)變片RD4分別設(shè)置在硬桿的前后左右四個方位;應(yīng)變片RDl以及應(yīng)變片RD2串聯(lián)成第一支路，應(yīng)變片RBl以及應(yīng)變片RB2串聯(lián)成第二支路，應(yīng)變片RD3以及應(yīng)變片RD4串聯(lián)成第三支路，第一支路、第二支路和第三支路并聯(lián)，應(yīng)變片RDl和應(yīng)變片RD2的共同連接端輸出信號La給第一支路的微弱信號的差分放大和平衡電路；應(yīng)變片RD3和應(yīng)變片RD4的共同連接端輸出信號Le給第二支路的微弱信號的差分放大和平衡電路；第一支路和第二支路并聯(lián)的一個端點通過分壓電阻接電源，第一支路和第二支路并聯(lián)的另一個端點接地。
[0008]上述微弱信號的差分放大和平衡電路包括運算放大器U1、運算放大器U2、運算放大器U5、電阻R11、電阻R15、電阻R12、電阻R17、電位器P1、二極管Dl和二極管D2 ;運算放大器U2的輸出端接入運算放大器U2的負輸入端，運算放大器U2的輸出端依次通過電阻R12和電阻R17接地；運算放大器Ul的輸出端接入運算放大器Ul的負輸入端，運算放大器Ul的輸出端通過電阻Rll接入運算放大器U5的負輸入端，應(yīng)變片RBl和應(yīng)變片RB2的共同連接端接入運算放大器U2的正輸入端，應(yīng)變片RDl和應(yīng)變片RD2的共同連接端輸出信號La連接第一支路中運算放大器Ul的正輸入端；應(yīng)變片RD3和應(yīng)變片RD4的共同連接端輸出信號Le給第二支路中運算放大器Ul的正輸入端；二極管Dl和二極管D2并聯(lián)后接在運算放大器U5的正輸入端和負輸入端之間；二極管Dl的正負極連接方向與二極管D2的正負極連接方向相反；運算放大器U5的負輸入端還接在電阻R12和電阻R17之間，運算放大器U5的輸出端依次通過電位器Pl和電阻R15接入運算放大器U5的負輸入端。
[0009]上述低通濾波電路包括電阻R19、電阻R22以及電容Cl ;電阻R19和電阻R22串聯(lián)后接在差分放大和平衡電路的輸出端和零點漂移的調(diào)整電路的輸入端之間，電阻R19和電阻R22的共同連接端通過電容Cl接地。
[0010]上述零點漂移的調(diào)整電路包括運算放大器U7、電阻R23、電阻R24、電阻R25、電阻R26、電阻R27、電阻R32、電位器P3、電位器P4、二極管D5以及二極管D6 ;二極管D5、二極管D6反向并聯(lián)后跨接在運算放大器U7的正負輸入端之間；運算放大器U7正輸入端通過電阻R23接地；電位器P3的中心觸頭和電阻R26串聯(lián)后接入運算放大器U7的負輸入端；電位器P4 一個固定端與電阻R24串聯(lián)后接正電源，電位器P4另一個固定端與電阻R25串聯(lián)后接負電源，電位器P4的中心觸頭和電阻R27串聯(lián)后接入運算放大器U7的負輸入端；電阻R32跨接在運算放大器U7的負輸入端和運算放大器U7的輸出端之間，低通濾波電路的輸出端連接運算放大器U7的負輸入端。
[0011]上述增益調(diào)節(jié)及特性調(diào)節(jié)電路包括運算放大器U9、串接電阻R35、電阻R37、電阻R38、電阻R39、電阻R40、電阻R41、電阻R48、電位器S3、電位器P8、二極管D9、二極管D10、二極管D11、二極管D12以及電容C3 ;零點漂移調(diào)整電路的輸出通過串接電阻R35接入運算放大器U9正輸入端，運算放大器U9正輸入端通過電位器S3接地；運算放大器U9負輸入端連接電位器P8的中心觸頭；運算放大器U9的輸出端通過由電阻R48和電容C3并聯(lián)組成的RC電路后接入限幅放大電路的輸入端，運算放大器U9的輸出端還依次通過電阻R37和電阻R38接地；運算放大器U9的輸出端還依次通過電阻R39、電阻R40、二極管DlO接地，二極管DlO的兩端并聯(lián)有二極管D9，二極管D9與二極管DlO正負極方向相反，二極管Dll與二極管D12反向并聯(lián)又與電阻R41串聯(lián)后接在電阻R40的兩端，電位器P8的一個固定端與電阻R37和電阻R38的共同接點連接，電位器P8的另一個固定端與電阻R39和電阻R40的共同接點連接。
[0012]上述限幅放大電路包括運算放大器U11，串聯(lián)電阻R49、電阻R51、電阻R52、電阻R53、電阻R57、電阻R59、穩(wěn)壓管Z1、穩(wěn)壓管Z2，二極管D19、二極管D20、電容C5以及電容C6 ;增益調(diào)節(jié)及特性電路的輸出端通過串聯(lián)電阻R49接入運算放大器Ull的負輸入端，運算放大器Ull的正輸入端通過電阻R51接地；串聯(lián)后的電阻R52、電阻R53與串聯(lián)后的穩(wěn)壓管Z1、穩(wěn)壓管Z2并聯(lián)后跨接在運算放大器Ull的負輸入端和運算放大器Ull的輸出端之間；運算放大器Ull的輸出端依次通過電阻R57和電容C5后接地，電阻R57和電容C5共同端連接二極管D19的正極，二極管D19的負極接入速度調(diào)節(jié)器，二極管D19的兩端還并聯(lián)有二極管D20，二極管D19和二極管D20連接方向相反，二極管D19的負極通過電容C6接地，二極管D19的負極通過電阻R59接地。[0013]本實用新型的優(yōu)點是:
[0014]I)采用應(yīng)變片純電路網(wǎng)絡(luò)，控制方法簡單、操作方便，具有搖動手柄方向任意、溫度自補償、防電磁干擾的功能，具有高靈敏度、高回位精度、成本低廉、人機性能友好特點的多軸自復(fù)位的精密硬桿控制系統(tǒng)。本實用新型不僅適用于經(jīng)緯儀伺服控制系統(tǒng)人機智能遠程控制，也可應(yīng)用于其他工程機械、自動化設(shè)備的精密控制中；
[0015]2)本實用新型具有溫度自補償功能，信號不受環(huán)境溫度影響；
[0016]3)本實用新型具有零點漂移的調(diào)整功能,硬桿回位精度聞；
[0017]4)本實用新型具有粗調(diào)和精調(diào)功能，硬桿靈敏度聞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型原理圖；
[0019]圖2為硬桿調(diào)節(jié)器的原理圖；
[0020]圖3為電橋電路連接圖；
[0021]圖4為微弱信號的差分放大和平衡電路連接圖；
[0022]圖5為低通濾波電路連接圖；
[0023]圖6為零點漂移的調(diào)整電路連接圖；
[0024]圖7為增益調(diào)節(jié)及特性調(diào)節(jié)電路連接圖；
[0025]圖8為限幅放大電路連接圖。
[0026]1-硬桿；2_硬桿調(diào)節(jié)器；21_電橋電路；22_微弱信號的差分放大和平衡電路；23-低通濾波電路；24_零點漂移的調(diào)整電路；25_增益調(diào)節(jié)及特性調(diào)節(jié)電路；26_限幅放大電路；3_速度調(diào)節(jié)器；4_被控儀器。
【具體實施方式】
[0027]如圖1，本實用新型的原理是:將水平方向應(yīng)變片和垂直方向應(yīng)變片輸出的模擬電壓信號La和Le送入硬桿調(diào)節(jié)器，將應(yīng)變電阻的微小變化量經(jīng)過變換電路轉(zhuǎn)換成_10V?+IOV的電壓變化量Ua和Ue，Ua和Ue送入速度調(diào)節(jié)器，經(jīng)過速度反饋環(huán)路將應(yīng)變電壓變化量Ua和Ue轉(zhuǎn)變成靈敏度高的經(jīng)緯儀的方位伺服電機和俯仰伺服電機的電壓控制信號Va和Ve ;信號Va和Ve通過電纜輸出和經(jīng)緯儀的電機相連；從而實現(xiàn)經(jīng)緯儀的人機智能遠程控制。
[0028]該硬桿控制系統(tǒng)，由純硬件電路組成，包括與硬桿依次連接的硬桿調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器與被控儀器連接。
[0029]硬桿調(diào)節(jié)器是該控制系統(tǒng)的核心部分，硬桿調(diào)節(jié)器主要為速度調(diào)節(jié)器提供輸入控制信號，使轉(zhuǎn)臺在半自動工作方式下按照硬桿調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的輸出信號產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，完成對目標的跟蹤。如圖2，硬桿調(diào)節(jié)器包括電橋電路、第一支路和第二支路，第一支路和第二支路均包括依次連接的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調(diào)整電路、增益調(diào)節(jié)及特性調(diào)節(jié)電路、限幅放大電路，電橋電路輸出信號La和Le，信號La依次通過第一支路的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調(diào)整電路、增益調(diào)節(jié)及特性調(diào)節(jié)電路、限幅放大電路與速度調(diào)節(jié)器連接，信號Le通過第二支路的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調(diào)整電路、增益調(diào)節(jié)及特性調(diào)節(jié)電路、限幅放大電路與速度調(diào)節(jié)器連接。
[0030]下面對硬桿調(diào)節(jié)器的各部分電路進行詳述。
[0031]電橋電路，利用電橋原理，將應(yīng)變電阻的微小變化量經(jīng)變換電路轉(zhuǎn)換成-1OV~+IOV的電壓變化量，這樣操作手就可以通過改變施加給硬桿的左右、前后外力的大小來控制經(jīng)緯儀方位、俯仰方向的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)半自動跟蹤。
[0032]本實用新型的電橋電路，帶有溫度補償功能。由于應(yīng)變電阻的變化量非常小，因此必須選用反應(yīng)靈敏的電橋電路來感知此微弱變化。RB1、RB2固定在線路板上，其阻值不變，而RD1、RD2則對稱貼在硬桿下端的左右兩邊，RD3、RD4對稱貼在硬桿下端的前后兩邊，當桿件發(fā)生變形時，RDl、RD2同時感受這種變化，假定變化量為δ，則有RDl變?yōu)镽D1+S，RD2變?yōu)?RD2- δ，但 RB1、RB2 不變，RD1=RD2=RB1=RB2=120 Ω。于是:
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種硬桿控制系統(tǒng)，包括與硬桿依次連接的硬桿調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器與被控儀器連接，其特征在于:硬桿調(diào)節(jié)器包括電橋電路、第一支路和第二支路，第一支路和第二支路均包括依次連接的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調(diào)整電路、增益調(diào)節(jié)及特性調(diào)節(jié)電路以及限幅放大電路，電橋電路輸出信號La和Le，信號La依次通過第一支路的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調(diào)整電路、增益調(diào)節(jié)及特性調(diào)節(jié)電路、限幅放大電路與速度調(diào)節(jié)器連接，信號Le通過第二支路的微弱信號的差分放大和平衡電路、低通濾波電路、零點漂移的調(diào)整電路、增益調(diào)節(jié)及特性調(diào)節(jié)電路、限幅放大電路與速度調(diào)節(jié)器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬桿控制系統(tǒng)，其特征在于:電橋電路包括應(yīng)變片RD1、應(yīng)變片RD2、應(yīng)變片RD3、應(yīng)變片RD4、應(yīng)變片RBl、應(yīng)變片RB2以及分壓電阻;應(yīng)變片RDl、應(yīng)變片RD2、應(yīng)變片RD3以及應(yīng)變片RD4分別設(shè)置在硬桿的前后左右四個方位；應(yīng)變片RDl以及應(yīng)變片RD2串聯(lián)成第一支路，應(yīng)變片RBl以及應(yīng)變片RB2串聯(lián)成第二支路，應(yīng)變片RD3以及應(yīng)變片RD4串聯(lián)成第三支路，第一支路、第二支路和第三支路并聯(lián)，應(yīng)變片RDl和應(yīng)變片RD2的共同連接端輸出信號La給第一支路的微弱信號的差分放大和平衡電路；應(yīng)變片RD3和應(yīng)變片RD4的共同連接端輸出信號Le給第二支路的微弱信號的差分放大和平衡電路；第一支路和第二支路并聯(lián)的一個端點通過分壓電阻接電源，第一支路和第二支路并聯(lián)的另一個端點接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硬桿控制系統(tǒng)，其特征在于:所述微弱信號的差分放大和平衡電路包括運算放大器U1、運算放大器U2、運算放大器U5、電阻R11、電阻R15、電阻R12、電阻R17、電位器P1、二極管Dl和二極管D2 ;運算放大器U2的輸出端接入運算放大器U2的負輸入端，運算放大器U2的輸出端依次通過電阻R12和電阻R17接地；運算放大器Ul的輸出端接入運算放大器Ul的負輸入端，運算放大器Ul的輸出端通過電阻Rll接入運算放大器U5的負輸入端，應(yīng)變片RBl和應(yīng)變片RB2的共同連接端接入運算放大器U2的正輸入端，應(yīng)變片RDl和應(yīng)變片RD2的共同連接端輸出信號La連接第一支路中運算放大器Ul的正輸入端；應(yīng)變片RD3和應(yīng)變片RD·4的共同連接端輸出信號Le給第二支路中運算放大器Ul的正輸入端；二極管Dl和二極管D2并聯(lián)后接在運算放大器U5的正輸入端和負輸入端之間；二極管Dl的正負極連接方向與二極管D2的正負極連接方向相反；運算放大器U5的負輸入端還接在電阻R12和電阻R17之間，運算放大器U5的輸出端依次通過電位器Pl和電阻R15接入運算放大器U5的負輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硬桿控制系統(tǒng)，其特征在于:低通濾波電路包括電阻R19、電阻R22以及電容Cl ;電阻R19和電阻R22串聯(lián)后接在差分放大和平衡電路的輸出端和零點漂移的調(diào)整電路的輸入端之間，電阻R19和電阻R22的共同連接端通過電容Cl接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硬桿控制系統(tǒng)，其特征在于:零點漂移的調(diào)整電路包括運算放大器U7、電阻R23、電阻R24、電阻R25、電阻R26、電阻R27、電阻R32、電位器P3、電位器P4、二極管D5以及二極管D6 ;二極管D5、二極管D6反向并聯(lián)后跨接在運算放大器U7的正負輸入端之間；運算放大器U7正輸入端通過電阻R23接地；電位器P3的中心觸頭和電阻R26串聯(lián)后接入運算放大器U7的負輸入端；電位器P4 —個固定端與電阻R24串聯(lián)后接正電源，電位器P4另一個固定端與電阻R25串聯(lián)后接負電源，電位器P4的中心觸頭和電阻R27串聯(lián)后接入運算放大器U7的負輸入端；電阻R32跨接在運算放大器U7的負輸入端和運算放大器U7的輸出端之間，低通濾波電路的輸出端連接運算放大器U7的負輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硬桿控制系統(tǒng)，其特征在于:增益調(diào)節(jié)及特性調(diào)節(jié)電路包括運算放大器U9、串接電阻R35、電阻R37、電阻R38、電阻R39、電阻R40、電阻R41、電阻R48、電位器S3、電位器P8、二極管D9、二極管D10、二極管D11、二極管D12以及電容C3 ;零點漂移調(diào)整電路的輸出通過串接電阻R35接入運算放大器U9正輸入端，運算放大器U9正輸入端通過電位器S3接地；運算放大器U9負輸入端連接電位器P8的中心觸頭；運算放大器U9的輸出端通過由電阻R48和電容C3并聯(lián)組成的RC電路后接入限幅放大電路的輸入端，運算放大器U9的輸出端還依次通過電阻R37和電阻R38接地；運算放大器U9的輸出端還依次通過電阻R39、電阻R40、二極管DlO接地，二極管DlO的兩端并聯(lián)有二極管D9，二極管D9與二極管DlO正負極方向相反，二極管Dll與二極管D12反向并聯(lián)又與電阻R41串聯(lián)后接在電阻R40的兩端，電位器P8的一個固定端與電阻R37和電阻R38的共同接點連接，電位器P8的另一個固定端與電阻R39和電阻R40的共同接點連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硬桿控制系統(tǒng)，其特征在于:限幅放大電路包括運算放大器U11，串聯(lián)電阻R49、電阻R51、電阻R52、電阻R53、電阻R57、電阻R59、穩(wěn)壓管Z1、穩(wěn)壓管12,二極管D19、二極管D20、電容C5以及電容C6 ;增益調(diào)節(jié)及特性電路的輸出端通過串聯(lián)電阻R49接入運算放大器Ull的負輸入端，運算放大器Ull的正輸入端通過電阻R51接地；串聯(lián)后的電阻R52、電阻R53與串聯(lián)后的穩(wěn)壓管Z1、穩(wěn)壓管Z2并聯(lián)后跨接在運算放大器Ull的負輸入端和運算放大器Ull的輸出端之間；運算放大器Ull的輸出端依次通過電阻R57和電容C5后接地，電阻R57和電容C5共同端連接二極管D19的正極，二極管D19的負極接入速度調(diào)節(jié)器，二極管D19的兩端還并聯(lián)有二極管D20，二極管D19和二極管D20連接方向相反，二極管D19的負極通過電容C6接地，二`極管D19的負極通過電阻R59接地。
【文檔編號】G01C1/02GK203502752SQ201320621474
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】王鮮紅, 馬彩文, 梁雁冰, 李艷 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所