一种惯性平台混合式伺服控制回路制造技术

本发明专利技术公开了一种惯性平台混合式伺服控制回路，包括：陀螺仪、再平衡回路控制器、增益补偿回路、伺服回路解耦控制器、平台台体和力矩电机；平台台体用于在受到干扰力矩作用时输出角速度；陀螺仪用于敏感所述角速度，输出电压信号；再平衡回路控制器用于接收电压信号，输出电流信号，将输出的电流信号反馈至所述陀螺仪；当陀螺仪的输出电压信号趋向于零时，输出调节电流信号；调节电流信号经增益补偿回路增益补偿后作为测量角速度输出；伺服回路解耦控制器用于接收测量角速度，输出解耦数据；力矩电机用于根据解耦数据抵消作用在所述平台台体上的干扰力矩。通过本发明专利技术实现了平台台体相对空间变化的可测性，提高了角速度测量的线性度精度。

【技术实现步骤摘要】
一种惯性平台混合式伺服控制回路
本专利技术属于控制
，尤其涉及一种惯性平台混合式伺服控制回路。
技术介绍
目前，单自由度液浮陀螺仪(包含液浮陀螺仪、静压液浮陀螺仪和三浮陀螺仪)和两自由度动调陀螺仪已广泛应用于导弹中的核心设备——惯性平台系统，在陀螺稳定平台系统中应用时作为敏感元件使平台台体稳定在惯性空间。由于在近似静态时，有积分特性即单自由度液浮陀螺仪输出转角为基座角速度的积分，因此，也把单自由度陀螺仪称为积分陀螺仪。同理，在近似静态时，有积分特性即两自由度动调陀螺仪输出转角为基座角速度的积分，因此，也把两自由度动调陀螺仪称为积分陀螺仪。在平台系统应用中，采用单自由度陀螺仪的单轴平台伺服回路的基本工作原理为：当平台台体轴上存在干扰力矩时会引起平台台体产生角速度，单自由度陀螺仪会通过输出电压响应该角速度，并作用于力矩电机形成电机力矩以克服干扰力矩。在伺服回路工作状态下，转角工作于零位，因此，在仪表设计时输出轴会增加档钉以限幅。采用两自由度动调陀螺仪的单轴平台伺服回路的工作原理与所述采用单自由度陀螺仪的单轴平台伺服回路的工作原理类似。在现有的伺服回路中，由于电压与成陀螺仪转角成比例，因此，陀螺仪转角为观测量，而平台台体角速度为不可观测量，这就造成该伺服回路在使用上存在限制。以双轴平台为例，如图1所示，双轴惯性平台系统包括基座、框架和台体，对应的本体坐标系分别为基座本体坐标系X1Y1Z1、框架本体坐标系XP1YP1ZP1和台体本体坐标系XPYPZP；所述三个坐标系的原点重合，并且：台体本体坐标系的ZP轴与框架本体坐标系的ZP1轴重合，基座本体坐标系的Y1轴与框架本体坐标系的YP1轴重合。其中，基座与载体固连，在所述惯性平台系统在载体带动下发生内部相对转动时，基座绕框架本体坐标系的YP1轴转动，框架绕台体本体坐标系的ZP轴转动。图1中，输入轴与ZP轴重合的单自由度陀螺仪GZ与台体轴的电机始终在一个轴上，输入轴与YP轴重合的单自由度陀螺仪GY与框架轴的电机此时也在一个轴向上。然而，当基座绕台体轴转过90°时，处于图2所示位置时，输入轴与XP轴重合的陀螺仪GX与框架轴的电机在一个轴向上，形成另一个伺服回路，而陀螺仪GY的输入轴与台体轴和框架轴端的力矩电机都处于垂直状态。这就意味着，如果沿基座X1方向有角速度，由单自由度陀螺仪的积分特性可知，转角由于档钉限制会瞬时碰撞档钉，造成仪表输出不正常。而且，在此情况下，由于陀螺仪观测信息的缺失，不能观测到平台台体沿基座X1方向的角速度的具体值。可见，如何在满足平台台体稳定的同时又能实现角速度的测量，实现平台台体相对空间变化的可测性是本领域技术人员亟需解决的问题之一。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种惯性平台混合式伺服控制回路，可实时给出平台台体相对惯性空间的状态，实现了平台台体相对空间变化的可测性，同时，提高了角速度测量的线性度精度。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种惯性平台混合式伺服控制回路，包括：陀螺仪、再平衡回路控制器、增益补偿回路、伺服回路解耦控制器、平台台体和力矩电机；所述平台台体，用于在相对惯性空间受到干扰力矩作用时，输出角速度；所述陀螺仪安装在所述平台台体上，用于敏感所述角速度，输出电压信号；其中，所述电压信号与所述角速度成比例；再平衡回路控制器，用于接收所述陀螺仪输出的电压信号，输出电流信号，将输出的电流信号反馈至所述陀螺仪；其中，所述电流信号用于调节所述陀螺仪的输出电压信号趋向于零；以及，当所述陀螺仪的输出电压信号趋向于零时，输出调节电流信号；其中，所述调节电流信号与所述角速度成比例；所述增益补偿回路，用于接收所述再平衡回路控制器输出的调节电流信号，经所述增益补偿回路增益补偿后输出测量角速度；所述伺服回路解耦控制器，用于接收所述增益补偿回路输出的测量角速度，输出解耦数据，将输出的解耦数据反馈至力矩电机；所述力矩电机，用于接收所述伺服回路解耦控制器输出的解耦数据，根据所述解耦数据抵消作用在所述平台台体上的干扰力矩。在上述惯性平台混合式伺服控制回路中，所述陀螺仪包括：陀螺仪表头、陀螺仪力矩器和陀螺仪输出回路；所述陀螺仪表头，用于敏感所述角速度，生成电压信号；所述陀螺仪力矩器，用于接收所述再平衡回路控制器反馈的电流信号，根据所述控制陀螺仪转子相对所述平台台体偏转，以使所述陀螺仪输出回路输出的电压信号趋向于零；所述陀螺仪输出回路，用于输出电压信号。在上述惯性平台混合式伺服控制回路中，当所述陀螺仪为单自由度液浮陀螺仪时，所述再平衡回路控制器包括：比例环节KY、积分环节和超前滞后环节其中，再平衡回路控制器的传递函数KYWY(s)为：其中，JY表示陀螺仪浮子转动惯量，CY表示陀螺仪浮子阻尼系数，Tc1和Tc2表示伺服回路解耦控制器中频段的时间常数，Tc1>Tc2。在上述惯性平台混合式伺服控制回路中，当所述陀螺仪为单自由度液浮陀螺仪时，由所述再平衡回路控制器构成的内回路的带宽为由所述伺服回路解耦控制器构成的外回路的带宽的5～10倍。在上述惯性平台混合式伺服控制回路中，当所述陀螺仪为两自由度动调陀螺仪时，所述再平衡回路控制器包括：比例环节KY、积分环节和超前滞后环节其中，再平衡回路控制器的传递函数KYWY(s)为：其中，H表示陀螺仪转子角动量；λ表示动调陀螺仪正交阻尼系数；Tc1和Tc2表示伺服回路解耦控制器中频段的时间常数，Tc1>Tc2。在上述惯性平台混合式伺服控制回路中，当所述陀螺仪为两自由度动调陀螺仪时，由所述再平衡回路控制器构成的内回路的带宽为由所述伺服回路解耦控制器构成的外回路的带宽的5～10倍。在上述惯性平台混合式伺服控制回路中，所述伺服回路解耦控制器，包括：比例环节KX、积分环节和超前滞后环节其中，伺服回路解耦控制器的传递函数KXWX(s)为：其中，Tc3和Tc4表示伺服回路解耦控制器中频段的时间常数，Tc3>Tc4。本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术所述的惯性平台混合式伺服控制回路由陀螺仪、再平衡回路控制器、增益补偿回路、伺服回路解耦控制器、平台台体和力矩电机组成；其中，陀螺仪→再平衡回路控制器→陀螺仪构成了再平衡回路，伺服回路解耦控制器→力矩电机→平台台体构成了伺服回路，两个回路的设计实现了对平台台体角速度的实时测量，可实时给出平台台体相对惯性空间的状态，实现了平台台体相对空间变化的可测性。同时，基于两个回路实现了对力矩电机的控制，克服了干扰力矩引起的大角速度，从而确保再平衡回路工作于近似于0的小角速度范围，实现了高线性度精度的角速度的测量。(2)本专利技术所述的惯性平台混合式伺服控制回路首次在伺服回路中增加再平衡回路，可确保基座相对平台台体在任意姿态条件下都能使陀螺仪输出偏角为零，克服了现有伺服回路不能始终确保陀螺仪输出偏角为零而导致的仪表不能正常工作的缺点。(3)本专利技术所述的惯性平台混合式伺服控制回路可以确保陀螺仪反作用力矩近似为零，克服了现有伺服回路不能忽视反作用力矩的缺点，有利于简化惯性平台系统设计。附图说明图1是一种双轴平台初始位置的结构示意图；图2是一种双轴平台的台体转位时的结构示意图；图3是本专利技术实施例中一种惯性平台混合式伺服控制回路框图；图4是本专利技术实施例中一种单自由度液浮陀螺仪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种惯性平台混合式伺服控制回路，其特征在于，包括：陀螺仪、再平衡回路控制器、增益补偿回路、伺服回路解耦控制器、平台台体和力矩电机；所述平台台体，用于在相对惯性空间受到干扰力矩作用时，输出角速度；所述陀螺仪安装在所述平台台体上，用于敏感所述角速度，输出电压信号；其中，所述电压信号与所述角速度成比例；再平衡回路控制器，用于接收所述陀螺仪输出的电压信号，输出电流信号，将输出的电流信号反馈至所述陀螺仪；其中，所述电流信号用于调节所述陀螺仪的输出电压信号趋向于零；以及，当所述陀螺仪的输出电压信号趋向于零时，输出调节电流信号；其中，所述调节电流信号与所述角速度成比例；所述增益补偿回路，用于接收所述再平衡回路控制器输出的调节电流信号，经所述增益补偿回路增益补偿后输出测量角速度；所述伺服回路解耦控制器，用于接收所述增益补偿回路输出的测量角速度，输出解耦数据，将输出的解耦数据反馈至力矩电机；所述力矩电机，用于接收所述伺服回路解耦控制器输出的解耦数据，根据所述解耦数据抵消作用在所述平台台体上的干扰力矩。

【技术特征摘要】
1.一种惯性平台混合式伺服控制回路，其特征在于，包括：陀螺仪、再平衡回路控制器、增益补偿回路、伺服回路解耦控制器、平台台体和力矩电机；所述平台台体，用于在相对惯性空间受到干扰力矩作用时，输出角速度；所述陀螺仪安装在所述平台台体上，用于敏感所述角速度，输出电压信号；其中，所述电压信号与所述角速度成比例；再平衡回路控制器，用于接收所述陀螺仪输出的电压信号，输出电流信号，将输出的电流信号反馈至所述陀螺仪；其中，所述电流信号用于调节所述陀螺仪的输出电压信号趋向于零；以及，当所述陀螺仪的输出电压信号趋向于零时，输出调节电流信号；其中，所述调节电流信号与所述角速度成比例；所述增益补偿回路，用于接收所述再平衡回路控制器输出的调节电流信号，经所述增益补偿回路增益补偿后输出测量角速度；所述伺服回路解耦控制器，用于接收所述增益补偿回路输出的测量角速度，输出解耦数据，将输出的解耦数据反馈至力矩电机；所述力矩电机，用于接收所述伺服回路解耦控制器输出的解耦数据，根据所述解耦数据抵消作用在所述平台台体上的干扰力矩。2.根据权利要求1所述的惯性平台混合式伺服控制回路，其特征在于，所述陀螺仪包括：陀螺仪表头、陀螺仪力矩器和陀螺仪输出回路；所述陀螺仪表头，用于敏感所述角速度，生成电压信号；所述陀螺仪力矩器，用于接收所述再平衡回路控制器反馈的电流信号，根据所述控制陀螺仪转子相对所述平台台体偏转，以使所述陀螺仪输出回路输出的电压信号趋向于零；所述陀螺仪输出回路，用于输出电压信号。3.根据权利要求1所述的惯性平台混合式伺服控制回路，其特征在于，当所述陀螺仪为单自由度液浮陀螺仪时，所述再平衡回路控制器包括：比例环节KY、积分环节和超前滞后环节其中，再平衡回路控制器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏宗康，何远清，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11