說起制導(dǎo)武器并不陌生，但很多人首先想到的都是各種導(dǎo)彈，本項目所涉及的是一種雙旋制導(dǎo)炮彈，炮彈與導(dǎo)彈的區(qū)別在于有沒有主動的動力系統(tǒng)，同時在體積，制導(dǎo)方式，效費比方面具有很大的差異。最近幾年小口徑制導(dǎo)炮彈逐漸成為制導(dǎo)武器研究的熱點，某雙旋制導(dǎo)炮彈（彈頭與彈體反向旋轉(zhuǎn)為系統(tǒng)提供電能，同時也是執(zhí)行機構(gòu)）就屬于其中一種。該炮彈屬于末制導(dǎo)炮彈，在姿態(tài)調(diào)整階段，需要實時檢測執(zhí)行機構(gòu)的角位移信息，作為控制算法的反饋量，確保姿態(tài)調(diào)整穩(wěn)定準(zhǔn)確。首先想到精確檢測角度信息的方案是用陀螺儀或者編碼器，檢測執(zhí)行機構(gòu)（等效于單軸方向）的角度，角速度信息。但是MEMS陀螺儀根本不能承受炮彈剛發(fā)射出去的重力加速度，在炮彈發(fā)射瞬間內(nèi)部結(jié)構(gòu)就會被破壞，目前比較先進(jìn)的MEMS陀螺儀最大能夠承受10000g的重力加速度，但是價格非常昂貴，不滿足于一顆炮彈的效費比。而編碼器不滿足整個控制倉的體積要求。（本項目采用IDT——ZMID5201套件）

主控采用STM32系列芯片，內(nèi)部集成浮點運算單元FPU，數(shù)字信號處理方面增加了DSP指令集，在解算四類信號的時候用到部分功能。

控制輸出電路主要實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用，輸出PWM給執(zhí)行機構(gòu)。

 RS232串口電路，用于單軸轉(zhuǎn)臺上主控與上位機進(jìn)行通信，查看姿態(tài)數(shù)據(jù)與控制數(shù)據(jù)。

ADC采集接口，用于采集IDT傳感器輸出信號，壓電尋地信號與導(dǎo)引頭信號。

                             

存儲電路與供電電路，由于采集四類信號數(shù)據(jù)量比較龐大，所以需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行分扇區(qū)存儲。

 

在調(diào)試階段需要對控制板輸入指令，但在雙軸轉(zhuǎn)臺上，由于彈體旋轉(zhuǎn)的緣故，接線不方便所以采用無線通信，來發(fā)送指令。

未公開電路：北斗接收機電路，壓電尋地電路和峰值保持電路（相關(guān)文章已被宇航學(xué)報錄用，如需參考可去知網(wǎng)下載）。

壓電尋地電路，用于炮彈在飛行過程中檢測大地方向，以此作為基準(zhǔn)輸出控制信號。

峰值保持電路，在處理導(dǎo)引頭信號時，探測器探測到的激光脈沖信號頻率比較高，需要對探測器響應(yīng)信號做脈寬處理。以便準(zhǔn)確求出目標(biāo)姿態(tài)角。

北斗接收機電路，用于實時檢測炮彈飛行過程中在地心坐標(biāo)系中的速度與加速度信息。由此解算炮彈的實時姿態(tài)角。

硬件模塊電氣連接如下圖：

特別需要說明的是執(zhí)行機構(gòu)與彈翼固連，執(zhí)行機構(gòu)旋轉(zhuǎn)不同的角度值并且停留時間進(jìn)行控制能夠產(chǎn)生不同的控制力（升力與阻力），達(dá)到調(diào)整姿態(tài)的目的。IDT傳感器（理論檢測范圍為0-360度）用于檢測執(zhí)行機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度作為反饋信號給控制系統(tǒng)，確保執(zhí)行機構(gòu)能夠旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)確的某一角度值。

            

由于此項目未結(jié)題，軟件部分暫不公開，僅提供控制框圖如下。

調(diào)試與演示結(jié)果

1.可行性驗證

對于傳感器套間的應(yīng)用，首先查看了手冊，依據(jù)手冊進(jìn)行線性化配置。配置完成后，在單軸轉(zhuǎn)臺另執(zhí)行機構(gòu)旋轉(zhuǎn)兩周，測量IDT角度傳感器與陀螺儀Z軸（檢測角速度）的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從示波器圖片可以看到IDT角度傳感器在執(zhí)行機構(gòu)旋轉(zhuǎn)兩周所輸出的角度信息線性度和重復(fù)性很好，比起陀螺儀的原始數(shù)據(jù)擾動小太多。采用其用于檢測角位移是可行的。

單軸轉(zhuǎn)臺 

                            

旋轉(zhuǎn)一周360°輸出電壓范圍0.2v到4.7v，在主控采集的時候需要電阻分壓然后再進(jìn)行AD采集。

2.控制結(jié)果

簡易平臺

電氣連接

傳感與炮彈Z軸通過聯(lián)軸器連接

上電初始化平臺

單通道控制結(jié)果

視頻：

最后需要改進(jìn)的地方：由于炮彈控制倉所處環(huán)境比較復(fù)雜，此方案在抗電磁干擾方面表現(xiàn)還有待提高，在第二版設(shè)計中需要重新畫板并考慮電磁干擾問題。