本發(fā)明涉及一種三浮慣性儀表濕對中系統(tǒng)，特別是一種帶故障診斷的三浮慣性儀表自動化濕對中系統(tǒng)，屬于慣性儀表
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：三浮慣性儀表正常工作時，通過磁懸浮控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)浮子位置精確定中。由于兩兩相對磁懸浮元件參數(shù)(尺寸精度、線圈匝數(shù)、磁性能等)不可能理想對稱，磁懸浮電氣零位與機(jī)械零位存在偏差。所以，需要調(diào)整磁懸浮電氣零位，消除磁懸浮電氣零位與機(jī)械零位的偏差。目前，傳統(tǒng)消除磁懸浮電氣零位與機(jī)械零位的偏差的做法，涉及(1)人工調(diào)整電位計進(jìn)行配調(diào)，調(diào)試繁瑣，其輸出值受環(huán)境影響大，準(zhǔn)確度低；(2)調(diào)配過程數(shù)據(jù)判讀、執(zhí)行、換算均由人工完成，智能化水平低，且過度依賴工人熟練程度，測量結(jié)果受環(huán)境及人為因素影響較大，因人為因素導(dǎo)致的錯誤時有發(fā)生；(3)三浮慣性儀表浮子處于高溫浮液中，浮子被拉至極限位置后，需斷電，斷儀表與電路連接，并迅速測量浮子處于極限位置時磁懸浮線圈電感。因整個斷開并測量過程需要一定時間，浮子此時不受力，會產(chǎn)生緩慢漂移，影響電感測量準(zhǔn)確度。另外，三浮儀表因其結(jié)構(gòu)精密，磁懸浮元件裝配及診斷極為重要。當(dāng)前三浮儀表生產(chǎn)線僅采集了極限位置電感，沒有系統(tǒng)的分析評價體系，并生成有效診斷結(jié)果來指導(dǎo)裝配生產(chǎn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種帶故障診斷的三浮慣性儀表自動化濕對中系統(tǒng)，采用智能化控制方法，替代人工操作，迭代調(diào)配程控電阻，消除磁懸浮電氣零位與機(jī)械零位的偏差，實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確、基本實(shí)現(xiàn)一鍵式自動調(diào)配。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種帶故障診斷的三浮慣性儀表自動化濕對中系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括三浮儀表陀螺擺、程控電阻電路、控制器、矩陣開關(guān)、磁懸浮前放解調(diào)電路、采集模塊，其中：三浮儀表陀螺擺，包括5對磁懸浮線圈，每對磁懸浮線圈在加力電流的驅(qū)動下產(chǎn)生磁懸浮電磁力，驅(qū)動浮子實(shí)現(xiàn)五個自由度方向的運(yùn)動；程控電阻電路，包括5對阻值可調(diào)的程控電阻，每對程控電阻與三浮儀表陀螺擺的各方向上的每對磁懸浮線圈串并聯(lián)連接，形成的5個慧斯頓電橋；控制器，根據(jù)預(yù)設(shè)的開關(guān)控制流程，向矩陣開關(guān)輸出開關(guān)控制指令和選通控制指令；針對每個方向?qū)?yīng)的慧斯頓電橋，接收采集模塊發(fā)送的磁懸浮前放解調(diào)電路輸出電壓值、三浮儀表陀螺擺內(nèi)磁懸浮線圈的正、負(fù)極限位置電感值；根據(jù)磁懸浮線圈處于極限位置時磁懸浮前放解調(diào)電路輸出電壓值，計算機(jī)械零位偏差和目標(biāo)電壓值，根據(jù)機(jī)械零位偏差和目標(biāo)電壓值，調(diào)整慧斯頓電橋中程控電阻阻值，直至磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓與目標(biāo)電壓值之差在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)；同時，測量記錄浮子從正極限位置移動到負(fù)極限位置的運(yùn)動時間，根據(jù)該運(yùn)動時間和磁懸浮線圈處于極限位置時兩個線圈的電感值，進(jìn)行故障檢測；矩陣開關(guān)，響應(yīng)開關(guān)控制指令，將軸向加力電源或者徑向加力電源與相應(yīng)的磁懸浮線圈連接，為指定的磁懸浮線圈供電；將慧斯頓電橋差動電壓信號接入至磁懸浮前放解調(diào)電路；根據(jù)選通控制指令，生成選通信號，輸出至磁懸浮前放解調(diào)電路；將磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓端或者磁懸浮線圈電感檢測端與采集模塊電壓檢測端連通，進(jìn)行相應(yīng)的信號采集；磁懸浮前放解調(diào)電路，分別產(chǎn)生軸向加力電源和徑向加力電源輸出至矩陣開關(guān)；接收三浮儀表陀螺擺的各個方向上的磁懸浮線圈對和相對應(yīng)的程控電阻對所形成的慧斯頓電橋輸出的差動電壓信號，在選通信號的控制下，將其中一路慧斯頓電橋輸出的差動電壓信號放大、解調(diào)和濾波，得到直流電壓輸出至矩陣開關(guān)，并向相應(yīng)的惠斯頓電橋提供激磁信號；采集模塊，采集磁懸浮前放解調(diào)電路輸出電壓或者三浮儀表陀螺擺內(nèi)磁懸浮線圈的極限位置電感值，并實(shí)時發(fā)送至控制器。所述磁懸浮前放解調(diào)電路包括徑向加力電源電路、軸向加力電源電路、多路選通開關(guān)、放大解調(diào)電路，其中：徑向加力電源電路，產(chǎn)生徑向加力電流輸出，用于為徑向磁懸浮線圈供電；軸向加力電源電路，產(chǎn)生軸向加力電流輸出，用于為軸向磁懸浮線圈供電；多路選通開關(guān)電路，接收三浮儀表陀螺擺的五個方向上的磁懸浮線圈對和相對應(yīng)的程控電阻對形成的五路慧斯頓電橋輸出的差動電壓信號，在選通信號的控制下，選擇其中差動電壓信號輸出至放大解調(diào)電路；放大解調(diào)電路，將多路選通開關(guān)電路選通得到的一路慧斯頓電橋輸出的差動電壓進(jìn)行放大、解調(diào)和濾波，得到直流電壓輸出，并向相應(yīng)的惠斯頓電橋提供激磁信號。在三浮慣性儀表浮子運(yùn)動的每個方向上的磁懸浮線圈對所對應(yīng)的程控電路阻值采用如下步驟進(jìn)行調(diào)配：(1)、將矩陣開關(guān)所有端子設(shè)置為斷開狀態(tài)，同時將磁懸浮線圈對相應(yīng)的可調(diào)程控電阻R1和R2設(shè)置初始值，使之與磁懸浮線圈等效電阻阻值相同；(2)、為磁懸浮線圈對中的正線圈供電，使線圈產(chǎn)生電磁力，拉動浮子向該指定磁懸浮線圈對中的正線圈所對應(yīng)的方向移動，直到浮子移動到正向極限位置，采集并記錄浮子移動到正向極限位置對應(yīng)的磁懸浮前放解調(diào)電路輸出電壓信號U1；(3)、斷開磁懸浮線圈與磁懸浮前放解調(diào)電路的電氣連接，測量浮子處于正方向極限位置時磁懸浮線圈對中的正線圈及負(fù)線圈極限位置電感L1+、L1-；(4)、斷開磁懸浮線圈對中的正線圈供電，為磁懸浮線圈對中的負(fù)線圈供電，使線圈產(chǎn)生電磁力，拉動浮子向該指定磁懸浮線圈對中的負(fù)線圈所對應(yīng)的方向移動，直到浮子移動到負(fù)向極限位置，采集并記錄浮子移動到極限位置對應(yīng)的磁懸浮前放解調(diào)電路輸出電壓信號U2，同時記錄浮子從正極限位置移動到負(fù)極限位置的運(yùn)動時間T1；(5)、斷開磁懸浮線圈與磁懸浮前放解調(diào)電路的電氣連接，測量浮子處于負(fù)方向極限位置時，磁懸浮線圈對中的正線圈及負(fù)線圈極限位置電感L2+、L2-；(6)、計算磁懸浮線圈對的機(jī)械零位偏差U3：和磁懸浮前放解調(diào)電路的目標(biāo)電壓值U2’：U2’＝U2+U3，所述U0為磁磁懸浮線圈對直流偏置；(7)、根據(jù)步驟(6)計算得到的磁懸浮線圈對的機(jī)械零位偏差U3，調(diào)整R1和R2，之后，測量磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓，然后，根據(jù)磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓與目標(biāo)電壓值的偏差，微調(diào)程控電阻阻值，直至磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓與目標(biāo)電壓值之差在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)；(8)、根據(jù)步驟浮子處于磁懸浮線圈對所對應(yīng)方向正向極限位置時正線圈及負(fù)線圈電感L1+、L1-，浮子處于磁懸浮線圈對所對應(yīng)方向負(fù)向極限位置時正線圈及負(fù)線圈電感L2+、L2-及浮子從正極限位置移動到負(fù)極限位置的運(yùn)動時間T1參數(shù)對三浮慣性儀表進(jìn)行故障判斷，當(dāng)三浮慣性儀表存在故障時，步驟(7)所確定的程控電阻阻值無效，當(dāng)三浮慣性儀表無故障時，則認(rèn)為步驟(7)所確定的程控電阻阻值即為磁懸浮控制系統(tǒng)中該磁懸浮線圈對所對應(yīng)的濕對中系統(tǒng)的電阻阻值。所述故障判斷依據(jù)為：當(dāng)|(L1+)-(L1-)|>電感門限或|(L2+)-(L2-)|>電感門限時，認(rèn)為三浮慣性儀表磁懸浮元件或磁懸浮線圈故障；對于徑向線圈：當(dāng)|T1-T0j|>運(yùn)行時間門限時，對于軸向線圈：|T1-T0z|>運(yùn)行時間門限時，認(rèn)為三浮慣性儀表磁懸浮元件安裝行位超差或定轉(zhuǎn)子間有多余物，所述T0j為浮子在徑向線圈驅(qū)動下從正極限位置移動到負(fù)極限位置的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動時間，所述T0z為浮子在軸向向線圈驅(qū)動下從正極限位置移動到負(fù)極限位置的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動時間。根據(jù)磁懸浮線圈對的機(jī)械零位偏差U3，調(diào)整R1和R2的具體計算方法為：當(dāng)U3大于0時，保持R1不變，將R2的值增加ΔR作為新的R2，當(dāng)U3小于0時，保持R2不變，將R1的值增加ΔR作為新的R1；所述ΔR為阻值增量，其滿足如下關(guān)系式：式中，RL1及RL2為浮子處于機(jī)械零位時正向線圈及負(fù)向線圈等效阻值；u為電橋激磁電壓有效值，k為放大解調(diào)電路增益；根據(jù)磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓與目標(biāo)電壓值的偏差，微調(diào)程控電阻阻值的具體步驟為：當(dāng)磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓U2”大于等于目標(biāo)電壓值U2’時，則將R1減去Δ作為新的R1，所述為微調(diào)步長；當(dāng)磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓U2”小于目標(biāo)電壓值U2’時，則R1增加Δ作為新的R1。所述微調(diào)步長Δ為程控電阻的最小可調(diào)間隔。所述電感門限為大于等于2mH。所述運(yùn)行時間門限為大于等于60min。步驟(8)中所述預(yù)設(shè)的范圍為[-0.01V,0.01V]內(nèi)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)、本發(fā)明引入智能化概念，上位機(jī)代替手工操作，設(shè)計調(diào)配算法，迭代調(diào)配程控電阻，極限電感自動測量，實(shí)現(xiàn)智能化濕對中調(diào)配。(2)、本發(fā)明采用矩陣開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動化工藝流程，一方面自動切換10路磁懸浮調(diào)配，另一方面能夠自動切斷儀表與測控電路的連接，以便進(jìn)行浮子極限電感測量，自動化程度高，基本實(shí)現(xiàn)一鍵式操作，降低操作難度，降低出錯率。(3)、本發(fā)明通過采集浮子運(yùn)動時間、極限位置電壓及電感，對儀表工作狀況給出判斷，使系統(tǒng)帶故障診斷功能；(4)、本發(fā)明PXI程控系統(tǒng)更加開放，用統(tǒng)一的、先進(jìn)的和高度標(biāo)準(zhǔn)化的架構(gòu)搭建系統(tǒng)，可隨時根據(jù)需求增加或減少功能模塊；(5)、本發(fā)明采用高精度、大量程、小步長的程控電阻進(jìn)行調(diào)配，可滿足多種儀表磁懸浮參數(shù)需求，具有很強(qiáng)擴(kuò)展性。(6)、本發(fā)明所采用的程控電阻能夠快速自動精確回讀、記錄電阻值，排除了電位計時間漂移或人為誤操作導(dǎo)致阻值改變等因素影響。(7)、本發(fā)明給出一種三浮慣性儀表磁懸浮故障診斷方法，通過采集浮子在一個軸向，四個徑向方向的運(yùn)動時間、極限位置電壓及電感，綜合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，生成故障判據(jù)，能夠?qū)Υ艖腋《ㄞD(zhuǎn)子間是否有多余物，充油過程定、轉(zhuǎn)子相對位置有無改變的工作狀況進(jìn)行判斷。充分發(fā)揮磁懸浮系統(tǒng)在儀表內(nèi)部“電子眼”作用。附圖說明圖1為三浮慣性儀表濕對中系統(tǒng)硬件方案示意圖；圖2為三浮慣性儀表磁懸浮系統(tǒng)機(jī)械本體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為三浮慣性儀表濕對中系統(tǒng)磁懸浮前放解調(diào)電路功能圖；圖4為三浮慣性儀表濕對中系統(tǒng)磁懸浮前放解調(diào)電路示意圖；圖5為三浮慣性儀表濕對中系統(tǒng)ZX路調(diào)試流程圖；圖6為三浮慣性儀表濕對中系統(tǒng)程控電阻調(diào)配方法。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的說明。圖1為三浮慣性儀表磁懸浮系統(tǒng)機(jī)械本體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中示出ZX、ZY、YX、YY、Z五個方向，對應(yīng)共10路磁懸浮線圈，其中Z向?yàn)檩S向，其余4個方向?yàn)閺较?。濕對中系統(tǒng)服務(wù)于磁懸浮控制系統(tǒng)，其目的是確定磁懸浮控制系統(tǒng)中與每個三浮慣性儀表匹配的惠斯頓電橋程控電阻，并診斷五個方向上浮子裝配情況，對多余物及儀表充油過程造成的定轉(zhuǎn)子相對安裝位置變化等異常情況進(jìn)行及時診斷。本發(fā)明提供了一種帶故障診斷的三浮慣性儀表自動化濕對中系統(tǒng)，該濕對中系統(tǒng)通過調(diào)整5對RL差動惠斯頓電橋的程控電阻，來消除磁懸浮電氣零位與機(jī)械零位存在的偏差，從而確定磁懸浮控制系統(tǒng)中的5對RL差動惠斯頓電橋的程控電阻。如圖2所示，一種帶故障診斷的三浮慣性儀表自動化濕對中系統(tǒng)，包括三浮儀表陀螺擺、控制器、矩陣開關(guān)、磁懸浮前放解調(diào)電路、程控電阻電路、采集模塊，控制器、磁懸浮前放解調(diào)電路、數(shù)據(jù)采集模塊、三浮儀表陀螺擺均與矩陣開關(guān)相連，通過矩陣開關(guān)相互連通或者斷開，其中：三浮儀表陀螺擺，包括5對磁懸浮線圈，每對磁懸浮線圈在加力電流的驅(qū)動下產(chǎn)生磁懸浮電磁力，驅(qū)動浮子實(shí)現(xiàn)五個自由度方向的運(yùn)動；程控電阻電路，包括5對程控電阻，每對程控電阻與三浮儀表陀螺擺的各個方向上的每對磁懸浮線圈串并聯(lián)連接，形成的5個慧斯頓電橋；總共需要10個程控電阻，采用兩個Pickering公司9路PXI程控電阻卡A和B實(shí)現(xiàn),程控電阻為阻值能精確回讀的可調(diào)電阻，可調(diào)范圍(1-6.75k)Ω，調(diào)配精度達(dá)0.5Ω，接收控制器輸出的阻值增量，調(diào)節(jié)電阻；控制器，采用NI公司PXI控制器PXIe-8840實(shí)現(xiàn)，作為系統(tǒng)核心構(gòu)建基于PXI架構(gòu)協(xié)議的硬件體系，實(shí)現(xiàn)調(diào)配算法及人機(jī)交互，根據(jù)預(yù)設(shè)的開關(guān)控制流程，向矩陣開關(guān)輸出開關(guān)控制指令和選通控制指令；針對每個方向?qū)?yīng)的慧斯頓電橋，接收采集模塊發(fā)送的磁懸浮前放解調(diào)電路輸出電壓值、三浮儀表陀螺擺內(nèi)磁懸浮線圈的正、負(fù)極限位置電感值；根據(jù)磁懸浮線圈處于極限位置時磁懸浮前放解調(diào)電路輸出電壓值，計算機(jī)械零位偏差和目標(biāo)電壓值，根據(jù)機(jī)械零位偏差和目標(biāo)電壓值，調(diào)整慧斯頓電橋中程控電阻阻值，直至磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓與目標(biāo)電壓值之差在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)；同時，測量記錄浮子從正極限位置移動到負(fù)極限位置的運(yùn)動時間，根據(jù)該運(yùn)動時間和磁懸浮線圈處于極限位置時兩個線圈的電感值，進(jìn)行故障檢測；矩陣開關(guān)，采用Pickering公司33*16PXI矩陣開關(guān)40-542-021(3)實(shí)現(xiàn)，響應(yīng)開關(guān)控制指令，將軸向加力電源或者徑向加力電源與相應(yīng)的磁懸浮線圈連接，為指定的磁懸浮線圈供電；將慧斯頓電橋差動電壓信號接入至磁懸浮前放解調(diào)電路；根據(jù)選通控制指令，生成選通信號A0、A1、A2，輸出至磁懸浮前放解調(diào)電路；將磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓端或者磁懸浮線圈電感檢測端與采集模塊電壓檢測端連通，進(jìn)行相應(yīng)的信號采集；磁懸浮前放解調(diào)電路，分別產(chǎn)生軸向加力電源和徑向加力電源輸出至矩陣開關(guān)；接收三浮儀表陀螺擺的各個方向上的磁懸浮線圈對和相對應(yīng)的程控電阻對所形成的慧斯頓電橋輸出的差動電壓信號，在選通信號A0、A1、A2的控制下，將其中一路慧斯頓電橋輸出的差動電壓信號放大、解調(diào)和濾波，得到直流電壓輸出至矩陣開關(guān)，并向相應(yīng)的惠斯頓電橋提供激磁信號；采集模塊，采用NI公司數(shù)據(jù)采集模塊PXI4072實(shí)現(xiàn)，采集磁懸浮前放解調(diào)電路輸出電壓或者三浮儀表陀螺擺內(nèi)磁懸浮線圈的極限位置電感值，并實(shí)時發(fā)送至控制器。上述帶故障診斷的三浮慣性儀表自動化濕對中系統(tǒng)基于PXI(PCIextensionsforInstrumentation)程控技術(shù)，PXI程控技術(shù)是面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展，一種由NI公司發(fā)布的堅固的基于PC的測量和自動化平臺。硬件由矩陣開關(guān)、程控電阻及前放解調(diào)電路搭建，控制器采用一套適用于PXI架構(gòu)的調(diào)配算法，實(shí)現(xiàn)程控電阻迭代調(diào)配，極限電感自動測量。由控制器控制矩陣開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動化工藝流程，程控電阻卡代替人工調(diào)整電位計，經(jīng)驗(yàn)判據(jù)及邊界條件注入軟件，實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)配過程。PXI程控系統(tǒng)更加開放，用統(tǒng)一的、先進(jìn)的和高度標(biāo)準(zhǔn)化的架構(gòu)搭建系統(tǒng)，可隨時根據(jù)需求增加或減少功能模塊；用高精度、大量程、小步長的程控電阻進(jìn)行調(diào)配，可滿足多種儀表磁懸浮參數(shù)需求，具有很強(qiáng)擴(kuò)展性。如圖3所示，矩陣開關(guān)為16行33列的矩陣，接入矩陣開關(guān)的信號包括：陀螺擺上10路磁懸浮線圈(ZX+、ZX-、ZY+、ZY-、YX+、YX-、YY+、YY-)，磁懸浮前放電路輸出電壓、磁懸浮前放電路多路選通控制端A0、A1、A2、磁懸浮前放電路軸徑向加力電源輸出、高/低電平信號源、數(shù)據(jù)采集卡電壓檢測端、數(shù)據(jù)采集卡電感檢測端等信號，由矩陣開關(guān)控制各信號線間通斷。矩陣開關(guān)行陣列上的ZZ、YZ、ZX+、ZX-、ZY+、ZY-、YX+、YX-、YY+、YY-、連接陀螺擺上10路磁懸浮線圈；列陣列上的ZZ、YZ、ZX+、ZX-、ZY+、ZY-、YX+、YX-、YY+、YY-連接磁懸浮前放電路；連接行和列上的ZZ或者YZ、可以將磁懸浮線圈中的ZZ或者YZ接入到磁懸浮前放電路中，行陣列上的X1：5V和X1：GND連接磁懸浮前放電路的高、低電平；行陣列上的X1：DC連接磁懸浮前放電路的輸出信號U1；列陣列上的Fzx1和Fzx2連接磁懸浮前放電路的R3和R4端點(diǎn)，將Fzx1、Fzx2分別與ZX+、ZX-相連接即可實(shí)現(xiàn)為軸向磁懸浮線圈供電的功能，列陣列上的Fjx1和Fjx2連接磁懸浮前放電路的R5和R6端點(diǎn)，將Fjx1和Fjx2分別與X+、ZX-或者ZY+、ZY-或者YX+、YX-或者YY+、YY-相連接即可實(shí)現(xiàn)為相應(yīng)的徑向磁懸浮線圈供電的功能；列陣列上的A0、A1、A2連接磁懸浮前放電路，用于控制磁懸浮前放電路的選通。如圖4和圖5所示，磁懸浮前放解調(diào)電路包括磁懸浮前放解調(diào)電路包括徑向加力電源電路、軸向加力電源電路、多路選通開關(guān)、放大解調(diào)電路，其中：徑向加力電源電路，產(chǎn)生徑向加力電源輸出，用于為徑向磁懸浮線圈供電；軸向加力電源由電源5.5V經(jīng)過軸向加力限流電阻對(R3、R4)產(chǎn)生，三浮儀表陀螺擺的軸向上的磁懸浮線圈對和相對應(yīng)的程控電阻對形成的慧斯頓電橋的輸出端分別連接R3、R4的一端，R3、R4的另一端連接電源正端(+5V)；軸向加力電源電路，產(chǎn)生軸向加力電源輸出，用于為軸向磁懸浮線圈供電；軸向加力電源由電源5.5V經(jīng)過軸向加力限流電阻(R5、R6)產(chǎn)生，三浮儀表陀螺擺的徑向上的磁懸浮線圈對和相對應(yīng)的程控電阻對形成的慧斯頓電橋的輸出端分別連接R5、R6的一端，R5、R6的另一端連接電源正端(+5V)；軸向(Z向)和徑向(ZX、ZY、YX、YY向)電阻值不同，R3、R4分別為51Ω和51Ω，R5、R6分別為39Ω和39Ω。多路選通開關(guān)電路，接收三浮儀表陀螺擺的五個方向上的磁懸浮線圈對和相對應(yīng)的程控電阻對形成的五路慧斯頓電橋輸出的差動電壓信號，在選通信號A0、A1、A2的控制下，選擇其中差動電壓信號輸出至放大解調(diào)電路；放大解調(diào)電路，將多路選通開關(guān)電路選通得到的一路慧斯頓電橋輸出的差動電壓進(jìn)行放大、解調(diào)和濾波，得到直流電壓輸出，并向相應(yīng)的惠斯頓電橋提供激磁信號。磁懸浮前放解調(diào)電路主要有以下功能：(1)將10路磁懸浮線圈及10路PXI程控電阻連接成5路慧斯頓電橋；(2)將浮子5個方向的位移轉(zhuǎn)換成電壓信號；(3)、輸出高(+5V)、低(0V)電平兩種信號供矩陣開關(guān)使用，矩陣開關(guān)通過將多路選通控制端A0、A1、A2連接至高或低電平，實(shí)現(xiàn)5路位移信號的選通，功能表見表1，若第一路被選通，則電路輸出電壓為第一路電壓值；(4)輸出軸向及徑向加力電源，為磁懸浮線圈提供加力電流。表1A0、A1、A2選通功能表A0A1A2選通情況低低低ZX路選通低低高ZY路選通低高低YX路選通低高高YY路選通高低低Z路選通圖5為三浮慣性儀表濕對中系統(tǒng)磁懸浮前放解調(diào)電路示意圖。圖中僅給出徑向ZX路和軸向Z的惠斯頓電橋，實(shí)際電路中有5個電橋接入多路選通電路。其中R1和R2位于PXI程控電阻卡上，是本系統(tǒng)需要最終調(diào)配確定的電阻。L1和L2分別代表正向和負(fù)向磁懸浮線圈，位于三浮儀表陀螺擺內(nèi)，R3和R4為限流電阻。共有3部分功能：(1)AD698為5路惠斯頓電橋提供激磁信號，如果浮子產(chǎn)生ZX正向位移，則ZX正向線圈電感L1變大，負(fù)向線圈電感L2變小，在激磁調(diào)制作用下，線圈阻抗隨之變化，通過電橋差動輸出為交流信號Uo。矩陣開關(guān)將多路選通開關(guān)控制端“A0、A1、A2”分別接通過“低、低、低”電平，選通ZX路信號發(fā)送至放大解調(diào)電路(2)放大解調(diào)電路由AD620及AD698組成。將信號按一定比例放大，并解調(diào)成直流電壓作為本電路輸出；(3)為磁懸浮線圈提供加力電源。因軸、徑向線圈電阻大小不一，需要的加力電流不同。電路通過不同限流電阻分別為軸向和徑向提供加力電源，對于四路徑向線圈可以共用同樣的限流電阻R5、R6。三浮慣性儀表浮子運(yùn)動的每個方向上，磁懸浮線圈對所對應(yīng)的程控電路阻值調(diào)配方法相同，圖6為三浮慣性儀表濕對中系統(tǒng)ZX(徑向)路調(diào)試流程圖。如圖6所示，上述三浮慣性儀表濕對中系統(tǒng)ZX(徑向)路程控電阻調(diào)配流程包括如下步驟：(1)、將矩陣開關(guān)所有端子設(shè)置為斷開狀態(tài)，同時將磁懸浮線圈對相應(yīng)的程控電阻R1,R2設(shè)置初始值，使之與磁懸浮線圈等效電阻阻值相同；例如，磁懸浮線圈等效電阻阻值為750歐，則將程控電阻阻值設(shè)置為750歐；(2)、為磁懸浮線圈對中的正線圈供電，使線圈產(chǎn)生電磁力，拉動浮子向該指定磁懸浮線圈對中的正線圈所對應(yīng)的方向移動，直到浮子移動到正向極限位置，采集并記錄浮子移動到正向極限位置對應(yīng)的磁懸浮前放解調(diào)電路輸出電壓信號U1；具體為：因本系統(tǒng)傳感器及加力的執(zhí)行元件同為磁懸浮線圈，故采用1s分時復(fù)用線路進(jìn)行電流施加及位置電壓檢測，即給線圈加力時不檢測電壓U1，檢測U1時斷開加力，如此反復(fù)進(jìn)行。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判據(jù)，將“連續(xù)10s內(nèi)電壓波動在±0.01V即認(rèn)為浮子已接近極限位置”作為到達(dá)位置邊界的條件。(3)、斷開磁懸浮線圈與磁懸浮前放解調(diào)電路的電氣連接，測量浮子處于正方向極限位置時磁懸浮線圈對中的正線圈及負(fù)線圈極限位置電感L1+、L1-；(4)、斷開磁懸浮線圈對中的正線圈供電，為磁懸浮線圈對中的負(fù)線圈供電，使線圈產(chǎn)生電磁力，拉動浮子向該指定磁懸浮線圈對中的負(fù)線圈所對應(yīng)的方向移動，直到浮子移動到負(fù)向極限位置，采集并記錄浮子移動到極限位置對應(yīng)的磁懸浮前放解調(diào)電路輸出電壓信號U2，同時記錄浮子從正極限位置移動到負(fù)極限位置的運(yùn)動時間T1；(5)、斷開磁懸浮線圈與磁懸浮前放解調(diào)電路的電氣連接，測量浮子處于負(fù)方向極限位置時，磁懸浮線圈對中的正線圈及負(fù)線圈極限位置電感L2+、L2-；采集電壓和電感值通過接通矩陣開關(guān)中磁懸浮前放解調(diào)電路輸出電壓信號與采集模塊的采集信號和接通磁懸浮線圈的電感信號與采集模塊的采集信號獲得，這樣，只需要少量的開關(guān)陣列點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)多處信號采集，節(jié)約了開關(guān)陣列的資源。(6)、計算磁懸浮線圈對的機(jī)械零位偏差U3：和磁懸浮前放解調(diào)電路的目標(biāo)電壓值U2’：U2’＝U2+U3，所述U0為磁磁懸浮線圈對直流偏置；(7)、根據(jù)步驟(6)計算得到的磁懸浮線圈對的機(jī)械零位偏差U3，調(diào)配R1和R2，之后，測量磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓，然后，根據(jù)磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓與目標(biāo)電壓值的偏差，微調(diào)程控電阻阻值，直至磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓與目標(biāo)電壓值之差在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)；所述預(yù)設(shè)的范圍為[-0.01V,0.01V]內(nèi)。所述根據(jù)磁懸浮線圈對的機(jī)械零位偏差U3，調(diào)整R1和R2的具體計算方法為：當(dāng)U3大于0時，保持R1不變，將R2的值增加ΔR作為新的R2，當(dāng)U3小于0時，保持R2不變，將R1的值增加ΔR作為新的R1；所述ΔR為阻值增量，其滿足如下關(guān)系式：式中，RL1及RL2為浮子處于機(jī)械零位時正向線圈及負(fù)向線圈等效阻值；u為電橋激磁電壓有效值，k為放大解調(diào)電路增益；以下舉例說明確定調(diào)配阻值的計算方法。假設(shè)RL1＝RL2＝R10＝R20＝750Ω，u＝1.6V，k＝50。當(dāng)需要輸出偏壓為負(fù)時，說明a點(diǎn)電壓低于b點(diǎn)需通過增大電阻R1提高a點(diǎn)電壓，使得a點(diǎn)和b點(diǎn)電壓相等，相反，當(dāng)需要輸出偏壓為負(fù)時，說明a點(diǎn)電壓高于b點(diǎn)需通過增大電阻R2提高b點(diǎn)電壓，使得a點(diǎn)和b點(diǎn)電壓相等，設(shè)需調(diào)整的阻值為ΔR，電路輸出電壓。ΔR與電橋輸出零位偏差電壓ΔU1傳遞關(guān)系如下所示：實(shí)際浮子移動范圍測得輸出偏壓范圍為[-2.5V,2.5V]，由此可得ΔR范圍為[0Ω，100Ω]，則式(1)可近似等效為：例如U3計算值為-1.9V，則固定R2且調(diào)配R1，計算ΔR＝71.25Ω，則調(diào)配阻值R1、R2分別為821.25Ω、750Ω。所述根據(jù)磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓與目標(biāo)電壓值的偏差，微調(diào)程控電阻阻值的具體步驟為：當(dāng)磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓U2”大于等于目標(biāo)電壓值U2’時，則將R1減去Δ作為新的R1，所述為微調(diào)步長；；當(dāng)磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓U2”小于目標(biāo)電壓值U2’時，則將R1增加Δ作為新的R1；所述Δ為微調(diào)步長。所述微調(diào)步長Δ為程控電阻的最小可調(diào)精度。當(dāng)程控電阻的最小可調(diào)精度為0.1Ω時，調(diào)配步長統(tǒng)一設(shè)定為0.1Ω。例如：采集電路輸出電壓U2”，若此時輸出電壓U2”≥U2’，則將R1調(diào)為(821.25-0.2)Ω，若U2”<U2’,則將R2調(diào)為(750+0.2)Ω,再次測量磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓，然后，根據(jù)磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓與目標(biāo)電壓值的偏差，在該程控電阻值調(diào)整值的基礎(chǔ)上，再次微調(diào)程控電阻，再次測量磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓，計算磁懸浮前放解調(diào)電路的輸出電壓與目標(biāo)電壓值的偏差，微調(diào)程控電阻，如此循環(huán)迭代調(diào)整，直到輸出電壓值較計算值電壓差值在±0.01V范圍內(nèi)。(8)、根據(jù)步驟浮子處于磁懸浮線圈對所對應(yīng)方向正向極限位置時正線圈及負(fù)線圈電感L1+、L1-，浮子處于磁懸浮線圈對所對應(yīng)方向負(fù)向極限位置時正線圈及負(fù)線圈電感L2+、L2-及浮子從正極限位置移動到負(fù)極限位置的運(yùn)動時間T1參數(shù)對三浮慣性儀表進(jìn)行故障判斷，當(dāng)三浮慣性儀表存在故障時，步驟(7)所確定的程控電阻阻值無效，當(dāng)三浮慣性儀表無故障時，則認(rèn)為步驟(7)所確定的程控電阻阻值即為磁懸浮控制系統(tǒng)中該磁懸浮線圈對所對應(yīng)的濕對中系統(tǒng)的電阻阻值，回讀程控電阻卡阻值可以確定兩橋臂濕對中電阻阻值R1、R2。所述故障判斷依據(jù)為：當(dāng)|(L1+)-(L1-)|>電感門限或|(L2+)-(L2-)|>電感門限時，認(rèn)為三浮慣性儀表磁懸浮元件或磁懸浮線圈故障；對于徑向線圈：當(dāng)|T1-T0j|>運(yùn)行時間門限時，對于軸向線圈：|T1-T0z|>運(yùn)行時間門限時，認(rèn)為三浮慣性儀表磁懸浮元件安裝行位超差或定轉(zhuǎn)子間有多余物，所述T0j為浮子在徑向線圈驅(qū)動下從正極限位置移動到負(fù)極限位置的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動時間，所述T0z為浮子在軸向向線圈驅(qū)動下從正極限位置移動到負(fù)極限位置的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動時間。所述電感門限為大于等于2mH，所述運(yùn)行時間門限為大于等于60min。其中，T0j、T0z分別為徑向和軸向運(yùn)動標(biāo)準(zhǔn)時間，由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出。T1j和T1z為濕對中過程測得的徑向和軸向運(yùn)動時間。據(jù)表2診斷機(jī)械結(jié)構(gòu)工作情況，若有超差項(xiàng)則診斷陀螺擺機(jī)械結(jié)構(gòu)存在異常。表2基于信號差值的故障診斷邏輯表單路調(diào)配結(jié)束后，依此流程進(jìn)行ZY路、YX路、YY路、Z路電阻調(diào)配及工況診斷。本發(fā)明說明書未作詳細(xì)描述部分屬于本領(lǐng)域公知常識。當(dāng)前第1頁1 2 3