光电跟踪仪俯仰机构进限位区的自恢复控制电路

摘要

本发明公开了一种光电跟踪仪俯仰机构进限位区的自恢复控制电路，其特点是，当俯仰机构撞击安装在光电跟踪仪限位上其中一个限位开关而进入限位区时，被撞限位开关的输出信号产生跳变，该跳变信号通过选通、逻辑判断、整形、延时处理后，产生一个负脉冲恢复信号；该信号用于使伺服计算机复位和通过D/A控制俯仰伺服机构停运，伺服计算机复位后，通过自恢复控制软件模块控制伺服机构归零并进入正常运行状态。本发明不仅解决了因伺服系统受干扰导致的失控问题，而且也克服了俯仰机构不在工作区需人工复位的问题；从而提高了光电跟踪仪的稳定性、可靠性、适应性及自动化控制的能力。

说明书

技术领域

本发明属于光电跟踪仪的自动控制领域，主要涉及一种在光电跟踪仪俯仰机构超出正常工作区域且伺服系统失控时可进行自动恢复的控制电路。

技术背景

某型舰载光电指向器承载了光电跟踪仪的多个光电传感器，即激光、电视和红外探测器，为了实现对目标的测距和稳定跟踪等功能，这些光电传感器必须在方位机构和俯仰机构的带动下进行相应的运动，而方位机构和俯仰机构则受光电跟踪仪伺服系统的指挥和控制。该型光电指向器方位机构的工作范围为n×360°，即可周转，俯仰机构的工作范围为-30°～+85°。由于方位机构采用精密导电滑环实现周转，所以不会出现机构损坏等问题。而俯仰机构两个方向的工作范围加起来不到120°，虽然，在伺服系统的设计时同时采用了软件判别控制、电器限位和机械限位的方法，正常工作状态下，俯仰机构的运动不应超出其工作范围。但是，由于光电跟踪仪在受到干扰或出现通讯数据误码等情况下，伺服系统会失控，导致俯仰机构进入-30°～+85°之外的区域(以下简称限位区域)，这时，光电指向器的俯仰机构随即无规律转动而不能停止，严重时会撞击机械限位造成俯仰机构损坏。此外，光电跟踪仪在非工作状态下，俯仰机构有时也会处在限位区域，若在这种情况下通电开机，光电跟踪仪是不能正常启动或失去控制。通常，是通过手动方式先将光电指向器的俯仰机构推出限位区域，然后再开机。然而，由于此型光电指向器安装在船舱外的高处，操作人员需要登梯爬高，不仅操作麻烦，而且还存在人员安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对光电跟踪仪伺服系统失控导致俯仰机构进入限位区的问题，提供一种可使伺服系统恢复正常工作状态且俯仰机构返回到工作区的自恢复控制电路，而且所提供的自恢复控制电路还可以克服俯仰机构不在工作区光电跟踪仪不能正常开机的弊端。

为解决上述技术问题，本发明提供的自动恢复控制电路包括上限位开关、下限位开关、信号选通单元、信号控制单元、延时整形单元、使能控制单元、置入光电跟踪仪伺服计算机中的自恢复控制软件模块，所述的上限位开关、下限位开关分别安装在俯仰机构的两个限位上且在伺服系统处于正常工作状态下输出高电平信号，当俯仰机构进入限位区而撞击上限位开关或下限位开关时，上限位开关或下限位开关的输出信号则产生跳变即由高电平变为低电平；所述的信号选通单元接收上限位开关和下限位开关的输出信号并对跳变信号进行选通；所述信号控制单元同时接收所述信号选通单元输出的跳变选通信号和所述使能控制单元的输出信号，并对上述两个信号进行逻辑与处理，当使能控制单元的输出信号为高电平时，信号控制单元直接输出信号选通单元[2]的输出信号，当使能控制单元的输出信号为低电平时，信号控制单元输出没有变化的低电平信号；所述的延时整形单元接收信号控制单元的输出信号，对所述的跳变选通信号进行延时整形并产生一个负脉冲恢复信号，该恢复信号同时送入伺服计算机、D/A转换器和所述使能控制单元并通过清D/A转换器控制俯仰机构停运；所述使能控制单元在接收到所述自恢复控制软件模块发出的工作状态正常信息后输出高电平信号，一旦接收到所述延时整形单元输出的负脉冲恢复信号其输出由高电平转为低电平；所述自恢复控制软件模块的功能为，在伺服计算机开机时或接收到所述的负脉冲复位信号后，读取并判断俯仰机构的位置信息，当判断俯仰机构位于限位区时，通过D/A转换器输出的模拟电压控制俯仰机构离开限位区，在俯仰机构到达零位后并正常工作期间，向使能控制单元发出工作状态正常信息。

根据本发明，所述的上限位开关和下限位开关均由微动开关和串接电阻构成。

根据本发明，所述的信号选通单元和信号控制单元均选用与门电路；所述的延时整形单元由单稳态触发电路和一个外接电容及第一、第二上拉电阻构成，单稳态触发电路含有A、B两组输入端，其A组输入端接收所述信号控制单元输出的跳变信号，第一上拉电阻和外接电容用以确定单稳态触发电路输出负脉冲恢复信号的延时宽度，第二上拉电阻为单稳态触发电路的B组输入端提供稳定不变化的高电平信号；所述的使能控制单元由具有记忆功能的D触发器电路和第三上拉电阻构成，第三上拉电阻为D触发器的数据输入端和预置输入端提供稳定不变化的高电平信号。

本发明的有益效果体现在以下几个方面。

(一)本发明在传统伺服控制系统的基础上增加了一个自恢复控制电路，当伺服系统失控而导致俯仰机构进入限位区时，俯仰机构撞击上限位开关或下限位开关，被撞击限位开关的输出信号发生跳变，该跳变信号经过延时整形后产生一个负脉冲恢复信号，用于使伺服计算机复位并通过清D/A转换器控制俯仰机构停运，当伺服计算机复位到开机状态后，本发明中的自恢复控制软件模块控制俯仰机构归回零位并开始正常工作。由此解决了光电跟踪仪因伺服系统受干扰导致的失控问题，从而提高了光电跟踪仪的稳定性、可靠性。

(二)由于本发明中的自恢复控制软件模块在伺服计算机上电后即刻运行，该模块首先判断俯仰机构的位置，若俯仰机构处于限位区，则该模块通过D/A转换器输出的模拟电压控制俯仰机构离开限位区并归零。由此克服了俯仰机构不在工作区需要人工复位的弊端，从而提高了光电跟踪仪的适应性和自动化控制能力。

(三)本发明将信号选通单元和信号控制单元、延时整形单元、使能控制单元均由简单的电路构成，因此，硬件电路占用空间小且性价比高。

附图说明

图1是本发明自恢复控制电路的原理框图。

图2是本发明自恢复控制电路的优选实施例基本电路组成图。

图3是本发明中自恢复控制软件模块的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步详述。

正如图1、图2所示，本发明自恢复控制电路的优选实施例包括含有上限位开关和下限位开关的开关组件1、信号选通单元2、信号控制单元3、延时整形单元4、使能控制单元5、置入光电跟踪仪伺服计算机中的自恢复控制软件模块。上限位开关和下限位开关均由微动开关K1、K2和电阻R1、R2构成，两个微动开关K1、K2分别安装在俯仰机构的两个限位上，并各串接一个上拉电阻R1、R2，在伺服系统处于正常工作状态下，两个微动开关K1、K2分别通过上拉电阻R1、R2均输出稳定高电平信号，当俯仰机构进入限位区而撞击其中一个限位开关时，被撞击限位开关的输出信号由高电平跳变为低电平。上限位开关、下限位开关的输出信号送入到信号选通单元。信号选通单元2为一个与门电路U1A：54LS08，该电路同时接收上限位开关和下限位开关的输出信号，进行逻辑与处理，选通发生跳变的信号输出并作为信号控制单元的输入信号。信号控制单元3为一个与门电路U1B：54LS08，该电路同时接收信号选通单元2输出的跳变选通信号和使能控制单元5输出的控制信号，进行逻辑与处理，当使能控制单元5的输出信号为高电平时，信号控制单元3直接输出信号选通单元2的输出信号，当使能控制单元5的输出信号为低电平时，信号控制单元输出没有变化的低电平信号。信号控制单元3的输出作为延时整形单元4输入信号。延时整形单元4包括一个单稳态触发电路U3：54LS122以及外接电容C1和两个上拉电阻R4、R5。其中，单稳态触发电路U3：54LS122具有A、B两组输入端，A组输入端接收信号控制单元3输出的跳变信号，当A组输入端有高低跳变信号出现时，则单稳态触发电路U3：54LS122输出一个负脉冲恢复信号，该恢复信号同时送入伺服计算机、D/A转换器和使能控制单元5并通过清除D/A转换器的电压值来控制俯仰机构停运。第一上拉电阻R4和外接电容C1用以确定负脉冲恢复信号的延时宽度，该负脉冲的脉宽应满足可对伺服计算机、D/A转换器和使能控制单元5进行有效控制的要求。第一上拉电阻R4和外接电容C1与负脉冲恢复信号的脉宽tw有如下关系：

tw＝0.37×R4×C1(1+0.7/R4)

本优选实施例的脉冲延时宽度为200ms左右。第二上拉电阻为单稳态触发电路U3：54LS122的B组输入端提供稳定不变化的高电平信号。使能控制单元5为由具有记忆功能的D触发器U2A：54LS74和第三上拉电阻R3构成，第三上拉电阻R3为D触发器的数据输入端和预置输入端提供稳定不变化的高电平信号。使能控制单元5同时接收延时整形单元4输出的负脉冲恢复信号和自恢复控制软件模块发出的工作状态正常信息，当其接收到自恢复控制软件模块发出的工作状态正常信息后输出高电平信号，一旦接收到延时整形单元4输出的负脉冲恢复信号，其输出由高电平转为低电平。使能控制单元5的输出作为信号控制单元3的输入信号。

根据图3所示，自恢复控制软件模块的自恢复控制流程为：在伺服计算机开机并系统初始化后，首先读取俯仰机构的位置信息，并根据读取信息判断俯仰机构是否位于限位区，当判断俯仰机构位于限位区时，向D/A转换器输出一个恒定的电压值，此时D/A转换器强行控制俯仰机构离开限位区并向零位方向运动，当判断俯仰机构不在限位区时，接着判断俯仰机构是否到达零位，若判断俯仰机构到达零位，向硬件电路中的使能控制单元5输出工作状态正常信息，否则继续等待直到俯仰机构运动到零位。上述这段流程很好地解决了光电跟踪仪在非工作状态下，俯仰机构处在限位区域的自动开机问题。当光电跟踪仪进入正常工作状态后，自恢复控制软件模块始终查询硬件电路中的延时整形单元4是否输出负脉冲恢复信号，若为是，使程序返回到伺服计算机的开机状态，并重新读取和判断俯仰机构的位置信息。自恢复控制软件模块和硬件电路相互配合，共同解决了光电跟踪仪因伺服系统受干扰导致的失控问题。