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說(shuō)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(xiàng)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(méi)有主動(dòng)的動(dòng)力系統(tǒng)，同時(shí)在體積，制導(dǎo)方式，效費(fèi)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(diǎn)，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(shí)也是執(zhí)行機(jī)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(shí)時(shí)檢測(cè)執(zhí)行機(jī)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(cè)角度信息的方案是用陀螺儀或者編碼器，檢測(cè)執(zhí)行機(jī)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(huì)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(jià)格非常昂貴，不滿(mǎn)足于一顆炮彈的效費(fèi)比。而編碼器不滿(mǎn)足整個(gè)控制倉(cāng)的體積要求。（本項(xiàng)目采用IDT——ZMID5201套件）

主控采用STM32系列芯片，內(nèi)部集成浮點(diǎn)運(yùn)算單元FPU，數(shù)字信號(hào)處理方面增加了DSP指令集，在解算四類(lèi)信號(hào)的時(shí)候用到部分功能。

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

 RS232串口電路，用于單軸轉(zhuǎn)臺(tái)上主控與上位機(jī)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(hào)，壓電尋地信號(hào)與導(dǎo)引頭信號(hào)。

                             

存儲(chǔ)電路與供電電路，由于采集四類(lèi)信號(hào)數(shù)據(jù)量比較龐大，所以需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分扇區(qū)存儲(chǔ)。

 

在調(diào)試階段需要對(duì)控制板輸入指令，但在雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)上，由于彈體旋轉(zhuǎn)的緣故，接線(xiàn)不方便所以采用無(wú)線(xiàn)通信，來(lái)發(fā)送指令。

未公開(kāi)電路：北斗接收機(jī)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(bào)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(guò)程中檢測(cè)大地方向，以此作為基準(zhǔn)輸出控制信號(hào)。

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

北斗接收機(jī)電路，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)炮彈飛行過(guò)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(shí)時(shí)姿態(tài)角。

硬件模塊電氣連接如下圖：

特別需要說(shuō)明的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)與彈翼固連，執(zhí)行機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)不同的角度值并且停留時(shí)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(cè)范圍為0-360度）用于檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度作為反饋信號(hào)給控制系統(tǒng)，確保執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)確的某一角度值。

            

由于此項(xiàng)目未結(jié)題，軟件部分暫不公開(kāi)，僅提供控制框圖如下。

調(diào)試與演示結(jié)果

1.可行性驗(yàn)證

對(duì)于傳感器套間的應(yīng)用，首先查看了手冊(cè)，依據(jù)手冊(cè)進(jìn)行線(xiàn)性化配置。配置完成后，在單軸轉(zhuǎn)臺(tái)另執(zhí)行機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)兩周，測(cè)量IDT角度傳感器與陀螺儀Z軸（檢測(cè)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(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)兩周所輸出的角度信息線(xiàn)性度和重復(fù)性很好，比起陀螺儀的原始數(shù)據(jù)擾動(dòng)小太多。采用其用于檢測(cè)角位移是可行的。

單軸轉(zhuǎn)臺(tái) 

                            

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

2.控制結(jié)果

簡(jiǎn)易平臺(tái)

電氣連接

傳感與炮彈Z軸通過(guò)聯(lián)軸器連接

上電初始化平臺(tái)

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(cāng)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(jì)中需要重新畫(huà)板并考慮電磁干擾問(wèn)題。