专利名称：一种定标机构步进定位系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种定标机构步进定位系统。
背景技术：
在空间红外遥感成像领域，为保证成像精度，需要经常对CXD进行定标。定标机构在非定标时刻停在0°位置，高、低温黑体不在成像光路中；需要定标时，步进电机首先带动定标机构运动至45°位置进行高温定标，然后运动至90°位置进行低温定标，定标结束后定标机构从90°位置直接返回0°位置,不在45°位置停留。目前常用的定标机构定位方法有脉冲数步定位方法、到位闭环定位方法。脉冲数步定位方法是采用计数方式进行电机步进控制，当实际步数与命令步数相等时，电机停止运行，该方法的优点是定位精准，电机运行振动对定位无影响。但是该方法上电需要重新找寻零位，且存在长期运行摩擦力增大导致失步的风险。传统闭环定位方法一般采用光电对进行位置探测，受温度影响大、且容错滞回窗口小，电机抖动容易引起到位信号的误判，从而导致定标机构定位不准，甚至出现无法停住的情况。

发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种定标机构步进定位系统，解决了步进电机驱动定标机构的可靠准确的定位问题。本发明的技术解决方案是该发明所述系统对定标机构进行到位检测，当到位检测器输出无效到位信号时电机持续运动；当到位检测器输出有效到位信号时电机停止运动。所述系统包括电机控制器、步进机构和到位检测装置。其中，所述步进机构包括带动定标机构运动的步进电机；所述到位检测装置包括第一到位检测器、第二到位检测器和到位判断器；第一到位检测器用于判断定标机构是否达到第一定标位置并将指示信号输出给到位判断器；第二到位检测器用于判断定标机构是否到达第二定标位置并将指示信号输出给到位判断器；到位判断器根据第一到位检测器和第二到位检测器输出的指示信号，产生输出给电机控制器的到位指示信号；所述电机控制器根据接收到的到位指示信号，控制步进机构中步进电机的运动或停止。所述第一到位检测器和第二到位检测器在定标机构运动方向上按前后排列，且第一到位检测器与第二到位检测器间的间隔距离大于定标机构的震荡范围。在定标过程中，当定标机构未到达第一到位检测器时，第一到位检测器和第二到位检测器均输出无效指示信号，则到位判断器输出无效到位指示信号；当定标机构到达第一到位检测器和第二到位检测器之间时，第一到位检测器输出有效指示信号，第二到位检测器输出无效指示信号，则到位判断器输出无效到位指示信号;
当定标机构到达第二到位检测器时，第一到位检测器和第二到位检测器均输出有效指示信号，则到位判断器输出为有效到位指示信号；当定标机构到达第二到位检测器并发生震荡时，第一到位检测器输出有效指示信号，第二到位检测器输出信号在无效指示信号和有效指示信号间进行变化，到位判断器输出有效到位指示信号不变。本发明与现有技术相比具有如下优点该系统采用第一到位检测器和第二到位检测器进行基于位置的定位监测，通过对定标机构在定标过程中的运动位置进行判断实现定位，其优点在于不受定位起点的影响， 且运动途中的失步不会引起定位误差。在定位的准确性方面，传统到位检测定位方法往往采用光电对或霍尔器件进行到位检测，依靠元器件本身的滞回曲线建立系统防抖滞回窗口，当步进电机的抖动较大超出滞回窗口阈值时，光电对的到位信号将不稳定，从而造成无法准确定位。针对此问题本发明的两个到位检测器之间的间隔距离大于定标机构的震荡范围，由间隔距离构成的滞回窗口可以保证定标机构在目标位置定位时，屏蔽定标机构的抖动从而保证了对定标机构的可靠准确定位。步进电机控制系统掉电重新加电初始化时通常会把当前位置信息丢失，采用脉冲计数方法需要重新寻零确定电机的位置状态，再进行目标位置定位。而本发明的运动定位与初始位置无关，因此无需上电寻零；且本发明对运行过程中的失步有较好的容错能力，适合在长寿命卫星上应用，避免长期运行步进步进电机、轴承等性能下降造成定位错误。


图I为本发明示意图；图2为本发明工作流程图；图3为定标机构运动示意图；图4为实施例示意图。
具体实施例方式下面就结合附图对本发明做进一步介绍。本发明的定标机构步进定位系统如图I所示，包括电机控制器、步进机构和到位检测装置。其中，电机控制器包括逻辑控制器、脉冲分配器、功率驱动器。步进机构包括定标机构和带动定标机构运动的步进电机。到位检测装置包括第一到位检测器、第二到位检测器、到位判断器。各组件连接关系可如图I所示。进一步如图2所示，初始状态定标机构停在零位(0° )，接收到上位机发送的45° 位置定位命令时，步进电机带动定标机构运动至高温定标位置(45° )进行高温定标，待高温定标结束后，接收上位机发送的90°位置定位命令，步进电机继续带动定标机构运动至低温定标位置(90° )进行低温定标，低温定标结束后，接收上位机发送的回零命令，步进电机直接带动定标机构运动至初始零位，不在45°位置停留，完成一次定标过程。所述逻辑控制器接收上位机发送的命令，并根据到位检测装置发送的到位指示信号对步进电机进行控制当上位机发送运动命令、且到位检测装置检测到定标机构未到位时，逻辑控制器发送电机动作命令及运行方向给脉冲分配器，脉冲分配器根据运行方向将步进电机各相线圈的通断电信号发送给功率驱动器，功率驱动器控制步进电机沿定标方向进行运动；当上位机未发送运动命令、或上位机发送运动命令但到位检测装置检测到定标机构到位时，逻辑控制器发送电机停止命令给脉冲分配器，脉冲分配器保持当前发送给功率驱动器的步进电机各相线圈通断电信号不变，控制步进电机停止在当前位置不动。结合上述流程，本发明所述定标机构步进定位系统的原理为电机控制器接收上位机发送的运动或停止命令，并根据到位检测装置发出的到位指示信号对步进电机的运行和停止进行控制。具体的定标过程如下到位指示信号由到位判断器对第一到位检测器和第二到位检测器输出的指示信号进行判断后输出，具体过程如下当电机控制器接收到上位机发送的运动命令，定标机构未到达第一到位检测器， 第一到位检测器和第二到位检测器输出(0，O)，“O”代表无效指示信号，则到位判断器输出无效到位指示信号，则步进电机在电机控制器的驱动下带动定标机构按定标过程的运动方向继续运行；当定标机构到达第一到位检测器，但未到达第二到位检测器时，当第一到位检测器和第二到位检测器的输出由(0，0)变为(1，0)，“1”代表有效指示信号时，到位判断器继续输出为无效到位指示信号，步进电机继续在电机控制器运动的控制下带动定标机构按定标过程的运动方向继续向第二定标位置运行；如图3所示，当定标机构到达第一到位检测器时，第一到位检测器和第二到位检测器的输出由(1，0)变为(1，1)时，表示定标机构经过第一定标位置后，也已到达第二定标位置，到位判断器输出为有效到位指示信号，电机控制器在接收到有效到位指示信号后，不再控制步进电机进行继续运动，定标机构停止运动。在步进电机到达第二定标位置后，若定标机构在定位位置发生抖动，则第一到位检测器、第二到位检测器的输出可能由(1，1)变为(1，0)时，但位判断器的输出仍将输出有效到位指示信号，电机保持停止不动，从而保证定标机构步进定位系统的可靠准确定位。
实施例如图4所示，采用光电对Dl、Ql组成第一到位检测器，采用D2、Q2作为第二到位检测器、带斯密特触发功能的反相器74HC14作为到位判断器。图5中，Rl = 2kQ，R2 = 3k Ω , R3 = Ik Ω , R4 = 4k Ω , R5 = IOOkQ ,74HC14 的滞回阈值分别为 I. 8V,2. 8V。a、电机控制器接收上位机的命令，控制步进电机带动定标机构往定位位置方向运动；b、当定标机构运动至位置I时，光电对Dl、Ql, D2、Q2均通光，QU Q2的集电极输出(O. 3V，0. 3V)，Tl输入端的电压为0V，T2的输出开关量为0，则定标机构将继续运动；C、当定标机构从位置I运动至位置2(第一定标位置)，光电对D2、Q2通光,光电对Dl、Ql遮光，QU Q2的集电极输出(3V，0. 3V)，Tl输入端的电压为2. 3V，T2的输出开关量为0，定标机构将继续向第二定标位置(位置3)运动；d、当定标机构从位置2运动至位置3，光电对D1、Q1、D2、Q2均遮光，Q1、Q1的集电极输出(3V，4V)，Tl输入端的电压为3. 3V，T2的输出开关量为I，定标机构停止运动；
e、当定标机构在位置3和位置2之间抖动，Q2的集电极输出在O. 3V和4V变化， Tl输入端的电压为2. 3V和3. 3V变化，没有达到74HC14的下跳阈值I. 8V，因此T2的输出开关量保持为I，定标机构保持在定位位置不动。与本发明实施例相比，传统到位检测定位系统采用一对光电对作为到位检测器， 利用光电对的光伏曲线进行到位检测，受温度影响较大，且长期使用参数易发生漂移，引起到位信号不准确，从而导致定标机构定位不准确。而本实施例采用的两个到位检测器则利用探测器的开关特性，受参数漂移的影响小，通过合理的安装探测器位置可完全消除参数漂移对定位机构定位精度的影响。本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
权利要求
1.一种定标机构步进定位系统，用于对定标机构进行定位控制，其特征在于包括电机控制器、步进机构和到位检测装置；所述步进机构包括带动定标机构运动的步进电机；所述到位检测装置包括第一到位检测器、第二到位检测器和到位判断器；第一到位检测器用于判断定标机构是否达到第一定标位置并将指示信号输出给到位判断器；第二到位检测器用于判断定标机构是否到达第二定标位置并将指示信号输出给到位判断器；到位判断器根据第一到位检测器和第二到位检测器输出的指示信号，产生输出给电机控制器的到位指示信号；所述电机控制器根据接收到的到位指示信号，控制步进机构中步进电机的运动或停止。
2.如权利要求I所述的一种定标机构步进定位系统，其特征在于所述第一到位检测器和第二到位检测器在定标机构运动方向上按前后排列，且第一到位检测器与第二到位检测器间的间隔距离大于定标机构的震荡范围。
3.如权利要求I或2所述的一种定标机构步进定位系统，其特征在于当定标机构未到达第一到位检测器时，第一到位检测器和第二到位检测器均输出无效指示信号，则到位判断器输出无效到位指示信号；当定标机构到达第一到位检测器和第二到位检测器之间时，第一到位检测器输出有效指示信号，第二到位检测器输出无效指示信号，则到位判断器输出无效到位指示信号；当定标机构到达第二到位检测器时，第一到位检测器和第二到位检测器均输出有效指示信号，则到位判断器输出为有效到位指示信号；当定标机构到达第二到位检测器并发生震荡时，第一到位检测器输出有效指示信号， 第二到位检测器输出信号在无效指示信号和有效指示信号间进行变化，到位判断器输出有效到位指示信号不变。
全文摘要
本发明公开了一种定标机构步进定位系统，包括电机控制器、步进机构和到位检测装置。所述步进机构包括带动定标机构运动的步进电机。所述到位检测装置包括第一到位检测器、第二到位检测器和到位判断器。第一到位检测器用于判断定标机构是否达到第一定标位置并将指示信号输出给到位判断器；第二到位检测器用于判断定标机构是否到达第二定标位置并将指示信号输出给到位判断器；到位判断器根据第一到位检测器和第二到位检测器输出的指示信号，产生输出给电机控制器的到位指示信号。所述电机控制器根据接收到的到位指示信号，控制步进机构中步进电机的运动或停止。解决了步进电机驱动定标机构的可靠准确的定位问题。
文档编号G01B11/00GK102589494SQ20121002851
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月9日 优先权日2012年2月9日
发明者刘雪峰, 金占雷 申请人:北京空间机电研究所