某型号导弹惯组转台控制器的研制

　　摘要：从分析某型号导弹惯组实际测试与标定过程出发，基于单片机控制技术研制了某型号导弹惯组转台控制器;简单介绍了惯组测试与标定的原理，在此基础上详细介绍了该系统硬件和系统软件各功能模块的设计与实现方法。试验结果表明，该仪器具有性能稳定可靠，实用性强，提高了测试精度，缩短了测试时间，延长了导弹武器系统的使用寿命，为某型号导弹惯组测试与标定提供了快速有效的方法和手段，解决了目前部队惯组标定与测试过程中遇到的技术难题，具有重大的军事意义和显著的经济效益。

　　引言

　　目前在部队某型号导弹的惯组标定与测试过程中，号手手动摇摆转台的次数较多，影响了测试效率，同时也容易产生人为操作误差，影响惯组的测试精度，易造成转台甚至惯组等设备损坏。为了减小惯组的测试误差，提高测试精度，减少测试时间，方便检测转台的工作状态，并防止人为因素损坏转台和惯组等设备，利用较为成熟的单片机自动控制与测试技术，将现有的某导弹惯组转台进行了自动化改进，研制导弹惯组转台控制器，实现导弹惯组的自动化标定与测试，并实时监控转台工作状态，来解决目前部队惯组标定与测试过程中遇到的技术难题十分必要。

　　惯组及其标定与测试简介

　　惯性系统是应用惯性仪表构成的惯性测量系统。它在导弹等飞行器控制系统中的应用，是根据飞行器在空间的运动有六个自由度(即三个角运动和三个线运动)而确立相应的惯性系统。利用三个单自由度陀螺仪可以建立三个相互正交的基准方向，相对此基准方向可以测出导弹的三个姿态角;利用三个加速度计可以测出导弹沿三个基准方向的加速度。三个陀螺仪和三个加速度计通常是以输入轴相互正交方式安装在同一基座上，构成惯性测量组合，简称惯组。

　　惯组是导弹等飞行器的重要组成部分，它反映了飞行器的飞行姿态以及其它重要导航信息，其性能与精度直接影响导弹的性能与精度。为了确保惯性陀螺仪表工作的可靠性，检验其导航精度，需要对惯性仪表进行定期的标定和测试。用转台测试惯性仪表是比较常用的方法。

　　转台由三个环组成，分别称为外环、中环和内环，每个环都由一个步进电机来控制其的转动角速度与角度。转台的主要功能是使安装在转台上的惯组(惯性测量仪器)在三个方向获得不同的角速度和角度，使之输出相应的供控制系统检查测试用的信号，完成惯组的标定与测试。

　　某型号导弹惯组标定与测试用转台实物图如图1所示。

　　其基本的工作原理就是：在转台控制系统的控制下，使三轴回转台按照预定的要求分别绕三个回转轴φ、ψ、γ进行旋转，其原理示意图如图2所示。

　　系统总体结构

　　根据惯组标定与测试的总体功能要求，结合该测试设备的工作原理和特点，利用较为成熟的嵌入式单片机系统、自动控制技术和智能检测技术，确定了基于单片机的转台控制器的硬件结构，系统总体架构框图如图3所示。整个系统的组成包括单片机最小系统，电机驱动模块，串口下载模块，LCD显示模块，电机驱动电流监测与控制模块，独立按键控制模块等部分组成。

　　系统硬件设计与实现

　　转台控制器采用AT89C55单片机作为步进电机控制系统的运动控制核心部件，采用电机驱动芯片L298及其外围电路构成整个系统的驱动部分，再加上串口通信、LCD显示、按键控制及驱动电流监控等外围电路构成一个完整的转台控制系统。

　　单片机最小应用系统

　　由AT89C55单片机及其外围电路组成的单片机最小系统，是整个转台控制器的核心，其主要特点是可以在线擦写，方便程序更改，用于检测是否有按键按下，适时发出控制命令控制转台转动，控制LCD模块显示转台工作情况，检测并显示驱动电流，若电流超限自动断电，此外还具备系统复位功能和自检功能以保证系统处于正常的工作状态。

　　单片机的P0口、P1口、P2口、P3口全部参与系统工作，其中P0口主要用于控制LCD的显示;P1口主要用于通过电机驱动芯片L298控制转台转动;P2口主要通过控制ADC0804模数转化芯片来监测驱动电流的大小;P3口主要用于检测按键控制电路工作状态。

　　电机驱动模块

　　转台系统的每个轴都由步进电机带动，步进电机的转动靠单片机发出的脉冲信号来实现，而单片机驱动能力不足以驱动转台的转动，因此需要设计电机驱动电路来实现单片机对转台的控制。考虑用硬件设计驱动电路的方法会使电路复杂，调试不方便，而且采用多个元器件搭接，成本高，相互之间易受干扰，而直接采用集成的驱动芯片来驱动，电路稳定，成本低，易于控制，所以该系统采用电机驱动芯片L298作为电机驱动部分的核心部件。