一种陀螺仪的启动方法及其驱动电路与流程

本发明属于机械陀螺仪驱动技术领域，具体涉及一种陀螺仪的启动方法，还涉及一种陀螺仪驱动电路。

背景技术：

目前机械陀螺仪已广泛应用于国防建设中，在生产和使用过程中存在一个问题：机械陀螺仪在低温环境中，启动时间长或无法启动，导致机械陀螺仪工作异常，影响机械陀螺仪环境适应性。机械陀螺仪主要由陀螺电机、陀螺转子、轴承传动机构、角度传感器、力矩器以、陀螺仪控制电路和陀螺驱动电路等组成。传统的陀螺仪驱动电路采用“高压启动低压运行”实现陀螺仪驱动，即在陀螺仪启动阶段采用高压启动电路，陀螺仪完成启动过程后切换为低压工作电路。传统的陀螺仪驱动电路需提供同时提供两种电路形式，硬件成本较高，同时也造成了资源的浪费。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的不足，提供一种能够采用单电压驱动，低频率驱动的陀螺仪的启动方法及其驱动电路，本发明所采用的技术方案是：

一种陀螺仪的启动驱动电路,包括有稳定电源，在所述的稳定电源上连接有三相逆变电路，在所述的三相逆变电路上连接有控制三相逆变电路开关频率的频率控制单元，所述的频率控制单元包括有嵌入式控制电路和光耦隔离电路，所述的三相逆变电路输出有三项交流电。

所述的嵌入式控制电路型号选用控制芯片型号为STM32F103。

将稳定电源通过三相逆变电路后输出，通过嵌入式控制电路来控制三相逆变电路的开关快慢，从而改变三相输出电源的频率，根据机械陀螺仪的技术要求确定启动时间T和工作频率f，系统上电后，嵌入式控制电路控制三相逆变电路提供f/2频率的交流电，系统上电T-1s时，嵌入式控制电路控制三相逆变电路提供额定工作评论为f的交流电；为了稳定控制信号防干扰在嵌入式控制电路控制和三相逆变电路之间设置光耦隔离电路。

所述的嵌入式控制电路型号选用控制芯片型号为STM32F103。

本发明的陀螺仪启动方法将陀螺仪的驱动方式分成启动阶段和工作阶段，在启动阶段采用半工作频率交流电，提高驱动电流，达到大的启动力矩，保证陀螺仪低温时正常启动；在工作阶段，输出额定工作频率交流电，避免了传统驱动方法两套驱动电路资源浪费的发生。本发明的陀螺仪驱动电路其频率和相位均由控制软件控制，可针对多种频率的陀螺仪使用，通用性强且设置灵活。

附图说明

图1为本发明电路框图；

图2为控制芯片；

图3为光耦隔离电路；

图4为三项逆变电路。

具体实施方式

如图1所示的陀螺仪启动电路框图，该启动电路包括：稳定电源，在稳定电源上连接有三相逆变电路，在三相逆变电路上连接有控制三相逆变电路开关频率的频率控制单元，频率控制单元包括有嵌入式控制电路和光耦隔离电路，三相逆变电路输出有三项交流电。

通过上面电路结构提供如下方法启动陀螺仪：

将稳定电源通过三相逆变电路后输出，通过嵌入式控制电路来控制三相逆变电路的开关快慢，从而改变三相输出电源的频率，根据机械陀螺仪的技术要求确定启动时间T和工作频率f，系统上电后，嵌入式控制电路控制三相逆变电路提供f/2频率的交流电，系统上电T-1s时，嵌入式控制电路控制三相逆变电路提供f频率的交流电；为了稳定控制信号防干扰在嵌入式控制电路控制和三相逆变电路之间设置光耦隔离电路。

机械陀螺仪通电启动，陀螺驱动电路提供陀螺电机规定的交流电，陀螺电机产生沿电机圆周的切向电磁分力——电机驱动力矩。电机驱动力矩在克服阻力力矩的前提下，加速使陀螺电机通过轴承传动机构牵引陀螺转子运动。陀螺转子由静止加速到额定转速所用的时间为陀螺仪启动时间。机械陀螺仪的启动时间计算公式如式(1)：

-----陀螺仪总的启动时间

----陀螺仪电机和负载的转动惯量

----陀螺仪转子额定转速

----转速为n时陀螺电机驱动力矩

----转速为n时阻力力矩

公式(1)中，在电机和负载的转动惯量确定后，影响启动特性的主要变量因素仅有阻力矩和电机驱动力矩。

低温下陀螺仪阻力矩的增大由陀螺仪的结构设计、材料选用及装配方式决定，具有随机性和不可避免性。低温环境润滑油粘度变大、结构材料膨胀系数的不一致造成预紧力的增大等都会导致阻力矩的增加。因此在低温下阻尼力矩增大，属于陀螺仪自身特性。

陀螺电机的驱动力矩计算公式如式(2)：

(2)

F----电磁力

C----电机常数

D----转动半径

----电机磁通

I----电流

根据式(2)可知，可通过增大电流增大陀螺电机的驱动力矩。电流由驱动电路提供，传统驱动电路是采用提高供电电压达到增大电流的目的。传统驱动电路存在陀螺电机超压工作，将引起陀螺电机发热大，缩短陀螺仪使用寿命。

而本发明给出的方案为降低频率来提高输出电流，从而保持电压不变的情况下提高驱动力矩，启动后在T-1s后恢复正常频率保持正常运转。以上实现频率转换的过程均通过侵入式控制电路的软件和光耦隔离电路来控制三相逆变电路开关快慢来实现。

其中如图2所示嵌入式控制电路采用的控制芯片型号为STM32F103，其中如图3所示光耦隔离电路的作用是防止因有电的连接而引起控制信号的干扰，如图4所示三相逆变电路的作用为将直流变为三相交流。