專利名稱：一種定標(biāo)機(jī)構(gòu)步進(jìn)定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定標(biāo)機(jī)構(gòu)步進(jìn)定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在空間紅外遙感成像領(lǐng)域，為保證成像精度，需要經(jīng)常對(duì)CXD進(jìn)行定標(biāo)。定標(biāo)機(jī)構(gòu)在非定標(biāo)時(shí)刻停在0°位置，高、低溫黑體不在成像光路中；需要定標(biāo)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)首先帶動(dòng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)至45°位置進(jìn)行高溫定標(biāo)，然后運(yùn)動(dòng)至90°位置進(jìn)行低溫定標(biāo)，定標(biāo)結(jié)束后定標(biāo)機(jī)構(gòu)從90°位置直接返回0°位置,不在45°位置停留。目前常用的定標(biāo)機(jī)構(gòu)定位方法有脈沖數(shù)步定位方法、到位閉環(huán)定位方法。脈沖數(shù)步定位方法是采用計(jì)數(shù)方式進(jìn)行電機(jī)步進(jìn)控制，當(dāng)實(shí)際步數(shù)與命令步數(shù)相等時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行，該方法的優(yōu)點(diǎn)是定位精準(zhǔn)，電機(jī)運(yùn)行振動(dòng)對(duì)定位無影響。但是該方法上電需要重新找尋零位，且存在長(zhǎng)期運(yùn)行摩擦力增大導(dǎo)致失步的風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)閉環(huán)定位方法一般采用光電對(duì)進(jìn)行位置探測(cè)，受溫度影響大、且容錯(cuò)滯回窗口小，電機(jī)抖動(dòng)容易引起到位信號(hào)的誤判，從而導(dǎo)致定標(biāo)機(jī)構(gòu)定位不準(zhǔn)，甚至出現(xiàn)無法停住的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種定標(biāo)機(jī)構(gòu)步進(jìn)定位系統(tǒng)，解決了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)的可靠準(zhǔn)確的定位問題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是該發(fā)明所述系統(tǒng)對(duì)定標(biāo)機(jī)構(gòu)進(jìn)行到位檢測(cè)，當(dāng)?shù)轿粰z測(cè)器輸出無效到位信號(hào)時(shí)電機(jī)持續(xù)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)?shù)轿粰z測(cè)器輸出有效到位信號(hào)時(shí)電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。所述系統(tǒng)包括電機(jī)控制器、步進(jìn)機(jī)構(gòu)和到位檢測(cè)裝置。其中，所述步進(jìn)機(jī)構(gòu)包括帶動(dòng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)；所述到位檢測(cè)裝置包括第一到位檢測(cè)器、第二到位檢測(cè)器和到位判斷器；第一到位檢測(cè)器用于判斷定標(biāo)機(jī)構(gòu)是否達(dá)到第一定標(biāo)位置并將指示信號(hào)輸出給到位判斷器；第二到位檢測(cè)器用于判斷定標(biāo)機(jī)構(gòu)是否到達(dá)第二定標(biāo)位置并將指示信號(hào)輸出給到位判斷器；到位判斷器根據(jù)第一到位檢測(cè)器和第二到位檢測(cè)器輸出的指示信號(hào)，產(chǎn)生輸出給電機(jī)控制器的到位指示信號(hào)；所述電機(jī)控制器根據(jù)接收到的到位指示信號(hào)，控制步進(jìn)機(jī)構(gòu)中步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)或停止。所述第一到位檢測(cè)器和第二到位檢測(cè)器在定標(biāo)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向上按前后排列，且第一到位檢測(cè)器與第二到位檢測(cè)器間的間隔距離大于定標(biāo)機(jī)構(gòu)的震蕩范圍。在定標(biāo)過程中，當(dāng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)未到達(dá)第一到位檢測(cè)器時(shí)，第一到位檢測(cè)器和第二到位檢測(cè)器均輸出無效指示信號(hào)，則到位判斷器輸出無效到位指示信號(hào)；當(dāng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)到達(dá)第一到位檢測(cè)器和第二到位檢測(cè)器之間時(shí)，第一到位檢測(cè)器輸出有效指示信號(hào)，第二到位檢測(cè)器輸出無效指示信號(hào)，則到位判斷器輸出無效到位指示信號(hào);
當(dāng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)到達(dá)第二到位檢測(cè)器時(shí)，第一到位檢測(cè)器和第二到位檢測(cè)器均輸出有效指示信號(hào)，則到位判斷器輸出為有效到位指示信號(hào)；當(dāng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)到達(dá)第二到位檢測(cè)器并發(fā)生震蕩時(shí)，第一到位檢測(cè)器輸出有效指示信號(hào)，第二到位檢測(cè)器輸出信號(hào)在無效指示信號(hào)和有效指示信號(hào)間進(jìn)行變化，到位判斷器輸出有效到位指示信號(hào)不變。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)該系統(tǒng)采用第一到位檢測(cè)器和第二到位檢測(cè)器進(jìn)行基于位置的定位監(jiān)測(cè)，通過對(duì)定標(biāo)機(jī)構(gòu)在定標(biāo)過程中的運(yùn)動(dòng)位置進(jìn)行判斷實(shí)現(xiàn)定位，其優(yōu)點(diǎn)在于不受定位起點(diǎn)的影響， 且運(yùn)動(dòng)途中的失步不會(huì)引起定位誤差。在定位的準(zhǔn)確性方面，傳統(tǒng)到位檢測(cè)定位方法往往采用光電對(duì)或霍爾器件進(jìn)行到位檢測(cè)，依靠元器件本身的滯回曲線建立系統(tǒng)防抖滯回窗口，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的抖動(dòng)較大超出滯回窗口閾值時(shí)，光電對(duì)的到位信號(hào)將不穩(wěn)定，從而造成無法準(zhǔn)確定位。針對(duì)此問題本發(fā)明的兩個(gè)到位檢測(cè)器之間的間隔距離大于定標(biāo)機(jī)構(gòu)的震蕩范圍，由間隔距離構(gòu)成的滯回窗口可以保證定標(biāo)機(jī)構(gòu)在目標(biāo)位置定位時(shí)，屏蔽定標(biāo)機(jī)構(gòu)的抖動(dòng)從而保證了對(duì)定標(biāo)機(jī)構(gòu)的可靠準(zhǔn)確定位。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)掉電重新加電初始化時(shí)通常會(huì)把當(dāng)前位置信息丟失，采用脈沖計(jì)數(shù)方法需要重新尋零確定電機(jī)的位置狀態(tài)，再進(jìn)行目標(biāo)位置定位。而本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)定位與初始位置無關(guān)，因此無需上電尋零；且本發(fā)明對(duì)運(yùn)行過程中的失步有較好的容錯(cuò)能力，適合在長(zhǎng)壽命衛(wèi)星上應(yīng)用，避免長(zhǎng)期運(yùn)行步進(jìn)步進(jìn)電機(jī)、軸承等性能下降造成定位錯(cuò)誤。


圖I為本發(fā)明示意圖；圖2為本發(fā)明工作流程圖；圖3為定標(biāo)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖；圖4為實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式下面就結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。本發(fā)明的定標(biāo)機(jī)構(gòu)步進(jìn)定位系統(tǒng)如圖I所示，包括電機(jī)控制器、步進(jìn)機(jī)構(gòu)和到位檢測(cè)裝置。其中，電機(jī)控制器包括邏輯控制器、脈沖分配器、功率驅(qū)動(dòng)器。步進(jìn)機(jī)構(gòu)包括定標(biāo)機(jī)構(gòu)和帶動(dòng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)。到位檢測(cè)裝置包括第一到位檢測(cè)器、第二到位檢測(cè)器、到位判斷器。各組件連接關(guān)系可如圖I所示。進(jìn)一步如圖2所示，初始狀態(tài)定標(biāo)機(jī)構(gòu)停在零位(0° )，接收到上位機(jī)發(fā)送的45° 位置定位命令時(shí)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)至高溫定標(biāo)位置(45° )進(jìn)行高溫定標(biāo)，待高溫定標(biāo)結(jié)束后，接收上位機(jī)發(fā)送的90°位置定位命令，步進(jìn)電機(jī)繼續(xù)帶動(dòng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)至低溫定標(biāo)位置(90° )進(jìn)行低溫定標(biāo)，低溫定標(biāo)結(jié)束后，接收上位機(jī)發(fā)送的回零命令，步進(jìn)電機(jī)直接帶動(dòng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)至初始零位，不在45°位置停留，完成一次定標(biāo)過程。所述邏輯控制器接收上位機(jī)發(fā)送的命令，并根據(jù)到位檢測(cè)裝置發(fā)送的到位指示信號(hào)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制當(dāng)上位機(jī)發(fā)送運(yùn)動(dòng)命令、且到位檢測(cè)裝置檢測(cè)到定標(biāo)機(jī)構(gòu)未到位時(shí)，邏輯控制器發(fā)送電機(jī)動(dòng)作命令及運(yùn)行方向給脈沖分配器，脈沖分配器根據(jù)運(yùn)行方向?qū)⒉竭M(jìn)電機(jī)各相線圈的通斷電信號(hào)發(fā)送給功率驅(qū)動(dòng)器，功率驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)沿定標(biāo)方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；當(dāng)上位機(jī)未發(fā)送運(yùn)動(dòng)命令、或上位機(jī)發(fā)送運(yùn)動(dòng)命令但到位檢測(cè)裝置檢測(cè)到定標(biāo)機(jī)構(gòu)到位時(shí)，邏輯控制器發(fā)送電機(jī)停止命令給脈沖分配器，脈沖分配器保持當(dāng)前發(fā)送給功率驅(qū)動(dòng)器的步進(jìn)電機(jī)各相線圈通斷電信號(hào)不變，控制步進(jìn)電機(jī)停止在當(dāng)前位置不動(dòng)。結(jié)合上述流程，本發(fā)明所述定標(biāo)機(jī)構(gòu)步進(jìn)定位系統(tǒng)的原理為電機(jī)控制器接收上位機(jī)發(fā)送的運(yùn)動(dòng)或停止命令，并根據(jù)到位檢測(cè)裝置發(fā)出的到位指示信號(hào)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行和停止進(jìn)行控制。具體的定標(biāo)過程如下到位指示信號(hào)由到位判斷器對(duì)第一到位檢測(cè)器和第二到位檢測(cè)器輸出的指示信號(hào)進(jìn)行判斷后輸出，具體過程如下當(dāng)電機(jī)控制器接收到上位機(jī)發(fā)送的運(yùn)動(dòng)命令，定標(biāo)機(jī)構(gòu)未到達(dá)第一到位檢測(cè)器， 第一到位檢測(cè)器和第二到位檢測(cè)器輸出(0，O)，“O”代表無效指示信號(hào)，則到位判斷器輸出無效到位指示信號(hào)，則步進(jìn)電機(jī)在電機(jī)控制器的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)按定標(biāo)過程的運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)運(yùn)行；當(dāng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)到達(dá)第一到位檢測(cè)器，但未到達(dá)第二到位檢測(cè)器時(shí)，當(dāng)?shù)谝坏轿粰z測(cè)器和第二到位檢測(cè)器的輸出由(0，0)變?yōu)?1，0)，“1”代表有效指示信號(hào)時(shí)，到位判斷器繼續(xù)輸出為無效到位指示信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)繼續(xù)在電機(jī)控制器運(yùn)動(dòng)的控制下帶動(dòng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)按定標(biāo)過程的運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)向第二定標(biāo)位置運(yùn)行；如圖3所示，當(dāng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)到達(dá)第一到位檢測(cè)器時(shí)，第一到位檢測(cè)器和第二到位檢測(cè)器的輸出由(1，0)變?yōu)?1，1)時(shí)，表示定標(biāo)機(jī)構(gòu)經(jīng)過第一定標(biāo)位置后，也已到達(dá)第二定標(biāo)位置，到位判斷器輸出為有效到位指示信號(hào)，電機(jī)控制器在接收到有效到位指示信號(hào)后，不再控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，定標(biāo)機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)。在步進(jìn)電機(jī)到達(dá)第二定標(biāo)位置后，若定標(biāo)機(jī)構(gòu)在定位位置發(fā)生抖動(dòng)，則第一到位檢測(cè)器、第二到位檢測(cè)器的輸出可能由(1，1)變?yōu)?1，0)時(shí)，但位判斷器的輸出仍將輸出有效到位指示信號(hào)，電機(jī)保持停止不動(dòng)，從而保證定標(biāo)機(jī)構(gòu)步進(jìn)定位系統(tǒng)的可靠準(zhǔn)確定位。
實(shí)施例如圖4所示，采用光電對(duì)Dl、Ql組成第一到位檢測(cè)器，采用D2、Q2作為第二到位檢測(cè)器、帶斯密特觸發(fā)功能的反相器74HC14作為到位判斷器。圖5中，Rl = 2kQ，R2 = 3k Ω , R3 = Ik Ω , R4 = 4k Ω , R5 = IOOkQ ,74HC14 的滯回閾值分別為 I. 8V,2. 8V。a、電機(jī)控制器接收上位機(jī)的命令，控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)往定位位置方向運(yùn)動(dòng)；b、當(dāng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)至位置I時(shí)，光電對(duì)Dl、Ql, D2、Q2均通光，QU Q2的集電極輸出(O. 3V，0. 3V)，Tl輸入端的電壓為0V，T2的輸出開關(guān)量為0，則定標(biāo)機(jī)構(gòu)將繼續(xù)運(yùn)動(dòng)；C、當(dāng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)從位置I運(yùn)動(dòng)至位置2(第一定標(biāo)位置)，光電對(duì)D2、Q2通光,光電對(duì)Dl、Ql遮光，QU Q2的集電極輸出(3V，0. 3V)，Tl輸入端的電壓為2. 3V，T2的輸出開關(guān)量為0，定標(biāo)機(jī)構(gòu)將繼續(xù)向第二定標(biāo)位置(位置3)運(yùn)動(dòng)；d、當(dāng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)從位置2運(yùn)動(dòng)至位置3，光電對(duì)D1、Q1、D2、Q2均遮光，Q1、Q1的集電極輸出(3V，4V)，Tl輸入端的電壓為3. 3V，T2的輸出開關(guān)量為I，定標(biāo)機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)；
e、當(dāng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)在位置3和位置2之間抖動(dòng)，Q2的集電極輸出在O. 3V和4V變化， Tl輸入端的電壓為2. 3V和3. 3V變化，沒有達(dá)到74HC14的下跳閾值I. 8V，因此T2的輸出開關(guān)量保持為I，定標(biāo)機(jī)構(gòu)保持在定位位置不動(dòng)。與本發(fā)明實(shí)施例相比，傳統(tǒng)到位檢測(cè)定位系統(tǒng)采用一對(duì)光電對(duì)作為到位檢測(cè)器， 利用光電對(duì)的光伏曲線進(jìn)行到位檢測(cè)，受溫度影響較大，且長(zhǎng)期使用參數(shù)易發(fā)生漂移，引起到位信號(hào)不準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致定標(biāo)機(jī)構(gòu)定位不準(zhǔn)確。而本實(shí)施例采用的兩個(gè)到位檢測(cè)器則利用探測(cè)器的開關(guān)特性，受參數(shù)漂移的影響小，通過合理的安裝探測(cè)器位置可完全消除參數(shù)漂移對(duì)定位機(jī)構(gòu)定位精度的影響。本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
權(quán)利要求
1.一種定標(biāo)機(jī)構(gòu)步進(jìn)定位系統(tǒng)，用于對(duì)定標(biāo)機(jī)構(gòu)進(jìn)行定位控制，其特征在于包括電機(jī)控制器、步進(jìn)機(jī)構(gòu)和到位檢測(cè)裝置；所述步進(jìn)機(jī)構(gòu)包括帶動(dòng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)；所述到位檢測(cè)裝置包括第一到位檢測(cè)器、第二到位檢測(cè)器和到位判斷器；第一到位檢測(cè)器用于判斷定標(biāo)機(jī)構(gòu)是否達(dá)到第一定標(biāo)位置并將指示信號(hào)輸出給到位判斷器；第二到位檢測(cè)器用于判斷定標(biāo)機(jī)構(gòu)是否到達(dá)第二定標(biāo)位置并將指示信號(hào)輸出給到位判斷器；到位判斷器根據(jù)第一到位檢測(cè)器和第二到位檢測(cè)器輸出的指示信號(hào)，產(chǎn)生輸出給電機(jī)控制器的到位指示信號(hào)；所述電機(jī)控制器根據(jù)接收到的到位指示信號(hào)，控制步進(jìn)機(jī)構(gòu)中步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)或停止。
2.如權(quán)利要求I所述的一種定標(biāo)機(jī)構(gòu)步進(jìn)定位系統(tǒng)，其特征在于所述第一到位檢測(cè)器和第二到位檢測(cè)器在定標(biāo)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向上按前后排列，且第一到位檢測(cè)器與第二到位檢測(cè)器間的間隔距離大于定標(biāo)機(jī)構(gòu)的震蕩范圍。
3.如權(quán)利要求I或2所述的一種定標(biāo)機(jī)構(gòu)步進(jìn)定位系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)未到達(dá)第一到位檢測(cè)器時(shí)，第一到位檢測(cè)器和第二到位檢測(cè)器均輸出無效指示信號(hào)，則到位判斷器輸出無效到位指示信號(hào)；當(dāng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)到達(dá)第一到位檢測(cè)器和第二到位檢測(cè)器之間時(shí)，第一到位檢測(cè)器輸出有效指示信號(hào)，第二到位檢測(cè)器輸出無效指示信號(hào)，則到位判斷器輸出無效到位指示信號(hào)；當(dāng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)到達(dá)第二到位檢測(cè)器時(shí)，第一到位檢測(cè)器和第二到位檢測(cè)器均輸出有效指示信號(hào)，則到位判斷器輸出為有效到位指示信號(hào)；當(dāng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)到達(dá)第二到位檢測(cè)器并發(fā)生震蕩時(shí)，第一到位檢測(cè)器輸出有效指示信號(hào)， 第二到位檢測(cè)器輸出信號(hào)在無效指示信號(hào)和有效指示信號(hào)間進(jìn)行變化，到位判斷器輸出有效到位指示信號(hào)不變。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種定標(biāo)機(jī)構(gòu)步進(jìn)定位系統(tǒng)，包括電機(jī)控制器、步進(jìn)機(jī)構(gòu)和到位檢測(cè)裝置。所述步進(jìn)機(jī)構(gòu)包括帶動(dòng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)。所述到位檢測(cè)裝置包括第一到位檢測(cè)器、第二到位檢測(cè)器和到位判斷器。第一到位檢測(cè)器用于判斷定標(biāo)機(jī)構(gòu)是否達(dá)到第一定標(biāo)位置并將指示信號(hào)輸出給到位判斷器；第二到位檢測(cè)器用于判斷定標(biāo)機(jī)構(gòu)是否到達(dá)第二定標(biāo)位置并將指示信號(hào)輸出給到位判斷器；到位判斷器根據(jù)第一到位檢測(cè)器和第二到位檢測(cè)器輸出的指示信號(hào)，產(chǎn)生輸出給電機(jī)控制器的到位指示信號(hào)。所述電機(jī)控制器根據(jù)接收到的到位指示信號(hào)，控制步進(jìn)機(jī)構(gòu)中步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)或停止。解決了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)定標(biāo)機(jī)構(gòu)的可靠準(zhǔn)確的定位問題。
文檔編號(hào)G01B11/00GK102589494SQ20121002851
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者劉雪峰, 金占雷 申請(qǐng)人:北京空間機(jī)電研究所