[发明专利]手柄控制器信号处理方法

说明书

技术领域

本发明属于伺服控制技术领域，涉及一种以手动方式操控光电设备数字式伺服系统进行稳定瞄准、跟踪目标的手柄控制器，尤其涉及一种手柄控制器信号处理方法。

背景技术

现代武器系统中角位置伺服控制技术应用于火炮、雷达、光电稳瞄跟踪仪等武器平台的控制中。手柄、操纵杆等手动操控装置是调转该平台系统、实现人机交互功能的重要组成部分。随着高速处理器的发展，原有伺服系统的模拟控制器件逐渐被高性能数字式控制器取代。以DSP为控制核心和数字化接口的测角元件组成的数字角位置伺服控制系统具有精度高、速度快、稳定性好以及计算机接口简单等优点，极大地提高了武器系统的整体性能。原有输出为模拟信号的手柄操控器已不适用于数字伺服系统，进而被数字式手柄控制器所取代。

在数字式伺服系统中，其输入角θ_i是用数字量表示的，且与系统中的数字式测角装置中的角度表示方式一致。测角装置将圆周等分成2ⁿ个单元，一个等分单元的单位量δ＝360°/2ⁿ。测角装置的机械零位固定不变，圆周上任意一个角度都可以近似用相对于机械零位的等分单元个数表示。如果n越大，单位角δ越小，说明分辨率越高。根据工程经验和考虑计算方便，通常选用数字测角装置数据位数n和手柄输入角位置的数据位数与数字控制器运算位数一致。比如，某数字角位置伺服控制系统选用16位测角装置。此数字控制系统的运算位数就是16位，手柄产生数字信号也是16位。角度大小变化见图1。它的输出轴旋转一周，角度从0°～360°变化，则转角变化过程是A-B-C-D-A。各点输出十六进制数、对应十进制数值和表示的角度数见表1。当手动操控时，手柄控制器向角位置伺服控制系统发送代表输入角度θ_i或输入角速度ω_i的十六进制数，实现对伺服平台的手动定位与跟踪控制。

表1

实现手柄输入的数字信号有以下几种方法，第一种使用力敏传感器得到模拟电信号，通过A/D转换产生数字信号，用它代表输入角度θ_i或输入角速度ω_i；第二种由力敏传感器获得模拟电信号经过V/F或I/F变换后，由加减计数器计数产生数字信号，用它代表输入角度θ_i或输入角速度ω_i；第三种用加减法计数器计数产生代表输入角度θ_i或输入角速度ω_i的数字信号；第四种独立使用一套位置测角装置和控制器组合，手柄在测角装置中旋转的角度值通过控制器转换后产生的数字信号作为输入角度θ_i或输入角速度ω_i。前两种方式利用模拟电信号的强弱来控制数字信号的大小，当要求稳定输出时对力敏传感器的精度要求很高，目前国内高精度、高可靠性的力敏传感器造价昂贵。若选用普通的力敏传感器不能输出稳定的数字信号，达不到理想效果。第三种方式只能实现定位不能产生任意输入角速度ω_i的功能。第四种采用独立一套数字测角系统，手柄设计复杂，成本较大，也不宜使用。国内研制单位一般用高精度力敏传感器做成数字式手柄控制器，但是，该手柄控制器不具备对移动速度不同的目标准确手动跟踪的能力。

中船重工集团七一六研究所2007年产品手册中展示了一种通用型数字接口CZ-1系列操纵杆。操作者手动控制操纵杆，可以实现对运动目标的选择、定位和跟踪。整个手动控制操纵杆由把手、力敏传感器、开关和电子电路组成(参见图2)，主要功能包括自动校零、开关控制功能，以及根据人体工学原理，采用非线性处理方法，自动完成高、中、低各种速度的变速功能。所谓变速功能是指操纵杆通过手指对力敏传感器施加力的大小来控制对目标在视野圆周上运动的速度跟踪。CZ-1型操控杆已通过规定的环境应力实验和可靠性鉴定试验，整体技术性能达到国外九十年代同类水平，并广泛应用在航空、航天、战车、舰船等载体中。但是，该操纵杆存在以下不足：(1)由于采用高精度力敏传感器，所以对传感器性能要求很高，增加了产品成本；(2)该产品只能完成对高、中、低三种级别跟踪速度的非线性变速功能，不能实现任意角速度的变换功能。因此不能对各种移动速度的目标进行有效手动跟踪。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对采用电位计的手柄控制器，提供一种信号处理方法，具体而言，通过软件将电位计感应的连续变化模拟电压量处理成连续变化的数字角位置量和角速度量，以实现快速、精确手动操控数字式伺服系统。