陀螺经纬仪粗寻北的自动跟踪PID控制系统及控制方法

摘要

本发明公开了一种陀螺经纬仪粗寻北的自动跟踪PID控制系统及控制方法，属于陀螺经纬仪定位与定向领域，本发明通过利用无扭矩跟踪逆转点法进行自动粗寻北，通过本发明提供的陀螺经纬仪粗寻北的自动跟踪PID控制系统及控制方法，可以实现陀螺经纬仪满量程360°范围内粗寻北，减少了人为因素对陀螺经纬仪寻北测量的影响，提高了陀螺经纬仪寻北的自动化程度。

主权项

一种陀螺经纬仪粗寻北的自动跟踪PID控制系统，其特征在于，包括：电荷耦合元件、复杂可编程逻辑器件、陀螺经纬仪、微控制单元、键盘、显示模块、PID控制模块和转台电机，所述微控制单元通过所述复杂可编程逻辑器件驱动所述电荷耦合元件工作，反映陀螺房运动信息的光标信息通过陀螺经纬仪的光路系统成像，光标像由所述电荷耦合元件接收，通过所述电荷耦合元件的光电转换，将光信号转变为反映光强的电压模拟信号，所述电压模拟信号，经模拟/数字转换芯片转换为数字信号，所述电荷耦合元件采集陀螺光标位置，将所述陀螺光标位置传送给所述微控制单元，所述微控制单元检测陀螺光标位置值与陀螺零位置值之间的陀螺偏差值，根据所述陀螺偏差值向所述PID控制模块发送控制命令，所述PID控制模块接收所述微控制单元发送的控制命令，根据所述控制命令驱动所述转台电机实时跟踪陀螺经纬仪，直到所述微控制单元找到两个逆转点，记录两个逆转点并计算粗北方向值，托起陀螺灵敏部，将陀螺照准部转向测得的粗北方向；所述键盘和所述显示模块分别与所述微控制单元相连，其中，所述的陀螺经纬仪粗寻北的自动跟踪PID控制系统的控制方法包括以下步骤：(1)自动跟踪PID控制系统上电，判断所述自动跟踪PID控制系统是否输出跟踪启动信号，如果是，执行步骤(2)，如果否，所述自动跟踪PID控制系统重新上电；(2)电荷耦合元件第n次采集陀螺光标位置，将第n次陀螺光标位置传送给微控制单元，其中n为采集的次数，n为大于1的正整数；(3)所述微控制单元根据第n次陀螺光标位置值、陀螺零位值，获取第n次陀螺偏差值；(4)判断当第n次陀螺偏差值的信号方向与第n‑1次陀螺偏差值的信号方向相反，且至少第n+1次陀螺偏差值的信号方向、第n+2次陀螺偏差值的信号方向与所述第n次陀螺偏差值的信号方向相同，执行步骤(5)；否则，执行步骤(8)；(5)所述第n次陀螺光标位置值所对应的陀螺光标位置为第一逆转点；(6)重新执行步骤(2)至步骤(5)，同理跟踪到另一旋转方向上的逆转点，所述微控制单元判断是否找到第二逆转点，如果是，执行步骤(7)；否则，执行步骤(8)；(7)所述微控制单元根据所述第一逆转点和所述第二逆转点计算陀螺北方向值，获取陀螺粗北方向，将陀螺转到粗北方向，流程结束；(8)所述微控制单元判断步骤(3)中的陀螺偏差值的绝对值是否大于分离阈值，如果是，执行步骤(9)，如果否，执行步骤(10)；(9)所述微控制单元对所述陀螺偏差值进行比例计算和微分计算；(10)所述微控制单元对所述陀螺偏差值进行比例计算、微分计算和积分计算；(11)所述微控制单元根据步骤(9)或步骤(10)的计算结果，计算对陀螺的控制量；(12)所述微控制单元根据所述控制量确定转台电机旋转的角度，对所述转台电机进行旋转，实现所述转台电机实时跟踪陀螺经纬仪，执行步骤(3)；所述PID控制模块具体包括：位置控制调节单元、速度控制调节单元，相应地，所述PID控制模块接收所述微控制单元发送的控制命令，根据所述控制命令驱动所述转台电机实时跟踪陀螺经纬仪具体为：接收所述微控制单元发送的控制命令，通过所述位置控制调节单元对所述转台电机的位置进行调节，通过所述速度控制调节单元对所述转台电机的速度进行调节，进而驱动所述转台电机实时跟踪陀螺经纬仪。