一种三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法技术方案

本发明专利技术公开了一种三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法，以正交安装于平台台体的3个陀螺仪输出角速率

【技术实现步骤摘要】
一种三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法
本专利技术属于全姿态高精度导航的航空、航天
，尤其涉及一种三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法。
技术介绍
三轴惯性稳定平台系统能有效隔离运动载体扰动，使得惯性测量单元相对于惯性空间保持稳定，包括台体、内框架、外框架和基座，其中，惯性测量单元安装在台体内，外框架固连在运动载体上。其中，内框架和外框架组成的框架系统，用于为台体提供旋转自由度，但由于框架系统和台体间存在着相对运动约束，所以框架系统的运动会对台体带来影响。这些影响包含基座与台体间的坐标变换、力矩变换，以及框架系统惯性干扰力矩对台体的作用等。在惯性稳定平台伺服系统工作时，框架系统的转动惯量最终通过惯性干扰力矩对台体的作用体现出来，包括转动惯量间的耦合、惯量积的耦合等，但最关键的是框架转动惯量在台体上的耦合。为使台体相对惯性空间稳定，在台体上安装了三个陀螺仪作为伺服回路的敏感元件，但由于作为伺服回路执行机构的三个力矩电机分别装在台体轴、内框架轴和外框架轴上，在不同框架角时伺服回路存在着耦合。为此，在设计三轴惯性稳定平台系统的伺服回路控制器时，需要进行解耦。由于目前的三轴惯性稳定平台系统的内框架角工作范围较小，一般不会超过±40°的范围，所以对伺服回路进行解耦时只考虑了力矩解耦，即所谓的坐标分解器。随着内框架角工作范围达到±180°时，转动惯量耦合对伺服回路的影响不可忽略，主要表现为两个方面：1.三个回路交链的耦合作用会直接影响静态精度和动态精度；2.三个回路增益大小的变化会影响相位裕度。这些都会影响平台台体相对惯性空间的稳定性和精度，因此，急需开展三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法研究。
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，提供一种三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法，可实现伺服回路对转动惯量耦合和框架力矩耦合的完全解耦，可以有效提高的台体稳定在惯性空间的精度和稳定性。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法，包括：确定三轴惯性稳定平台系统的转动惯量；根据三轴惯性稳定平台系统的转动惯量，计算得到三轴惯性稳定平台系统的台体合成转动惯量矩阵；根据三轴惯性稳定平台系统的台体合成转动惯量矩阵，计算得到三轴惯性稳定平台系统的台体、内框架和外框架的合成转动角速度。在上述三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法中，还包括：根据台体上安装的陀螺仪输出的角速度，测量得到台体在Xp轴、Yp轴和Zp轴上的角速度分量在上述三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法中，还包括：测量得到外框架绕内框架本体坐标系Yp1轴转动的角度βyk、以及内框架绕台体本体坐标系Zp轴转动的角度βzk。在上述三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法中，三轴惯性稳定平台系统的转动惯量，包括：台体相对于Xp轴、Yp轴、Zp轴的转动惯量内框架相对于Xp1轴、Yp1轴、Zp1轴的转动惯量外框架相对于Xp2轴、Yp2轴、Zp2轴的转动惯量在上述三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法中，三轴惯性稳定平台系统的台体合成转动惯量矩阵，包括：合成到台体Xp轴上的主转动惯量合成到台体Yp轴上的主转动惯量对轴Xp和YP的合成转动惯量积Jxy、对轴Xp和ZP的合成转动惯量积Jxz、以及对轴Yp和ZP的合成转动惯量积Jyz。在上述三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法中，根据三轴惯性稳定平台系统的转动惯量，计算得到三轴惯性稳定平台系统的台体合成转动惯量矩阵，包括：三轴惯性稳定平台系统的台体合成转动惯量矩阵Jp的计算公式如下：其中：在上述三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法中，根据三轴惯性稳定平台系统的台体合成转动惯量矩阵，计算得到三轴惯性稳定平台系统的台体、内框架和外框架的合成转动角速度，包括：通过如下公式计算得到三轴惯性稳定平台系统的台体Zp轴的合成转动角速度ωz、内框架Yp1轴的合成转动角速度ωy和外框架Xp2轴的合成转动角速度ωx：写为分量表达式，为：在上述三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法中，测量得到外框架绕内框架本体坐标系Yp1轴转动的角度βyk、以及内框架绕台体本体坐标系Zp轴转动的角度βzk，包括：在内框架的Yp1轴上安装角度传感器Ⅰ，测量得到外框架绕内框架本体坐标系的Yp1轴转动的角度βyk；在台体的Zp轴上安装角度传感器Ⅱ，测量内框架绕台体本体坐标系的Zp轴转动的角度βzk；βyk和βzk的取值范围均为0°～360°。在上述三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法中，Jp的可取1-范数、2-范数或∞-范数，计算公式如下：在上述三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法中，其特征在于，所述三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法基于三轴惯性稳定平台系统实现；三轴惯性稳定平台系统，包括：基座、外框架、内框架和台体；其中，基座本体坐标系为X1Y1Z1、外框架本体坐标系为Xp2Yp2Zp2、内框架本体坐标系为Xp1Yp1Zp1、台体本体坐标系为XpYpZp；基座本体坐标系、外框架本体坐标系、内框架本体坐标系和台体本体坐标系的原点重合，并且：台体本体坐标系的Zp轴与内框架本体坐标系的Zp1轴重合，外框架本体坐标系的Yp2轴与内框架本体坐标系的Yp1轴重合，基座本体坐标系的X1轴与外框架本体坐标系的Xp2轴重合；基座与载体固连，当所述三轴惯性稳定平台系统在载体带动下发生内部相对转动时，基座绕外框架本体坐标系的Xp2轴转动，外框架绕内框架本体坐标系的Yp1轴转动，内框架绕台体本体坐标系的Zp轴转动。本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术公开了一种三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法，利用三轴惯性稳定平台系统的转动惯量，以及稳定平台系统内部相对转动的角度的正余弦值，计算得到台体合成转动惯量，该计算过程中不存在无解区域，可以覆盖任意姿态角的情况，相比现有的计算方法更准确、适用性更广。(2)本专利技术公开了一种三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法，利用已知的外力矩，以及稳定平台系统内部相对转动的角度的正余弦值，计算得到合成在台体上的干扰力矩和电机反馈力矩，可以准确描述出台体与基座之间的力矩变换关系，该计算过程不存在无解区域，可以覆盖任意姿态角的情况，相比现有的计算方法更准确、适用性更广。附图说明图1是本专利技术实施例中一种三轴惯性稳定平台系统中四个本体坐标系之间的关系示意图；图2是本专利技术实施例中一种三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法的步骤流程图；图3是一种现有的采用平面分解器的平台系统伺服回路流程图；图4是一种采用本专利技术实施例所述的伺服回路解耦方法的平台系统伺服回路流程图；图5是一种采用本专利技术实施例所述的伺服回路解耦方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法，其特征在于，包括：/n确定三轴惯性稳定平台系统的转动惯量；/n根据三轴惯性稳定平台系统的转动惯量，计算得到三轴惯性稳定平台系统的台体合成转动惯量矩阵；/n根据三轴惯性稳定平台系统的台体合成转动惯量矩阵，计算得到三轴惯性稳定平台系统的台体、内框架和外框架的合成转动角速度。/n

【技术特征摘要】
1.一种三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法，其特征在于，包括：
确定三轴惯性稳定平台系统的转动惯量；
根据三轴惯性稳定平台系统的转动惯量，计算得到三轴惯性稳定平台系统的台体合成转动惯量矩阵；
根据三轴惯性稳定平台系统的台体合成转动惯量矩阵，计算得到三轴惯性稳定平台系统的台体、内框架和外框架的合成转动角速度。


2.根据权利要求1所述的三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法，其特征在于，还包括：根据台体上安装的陀螺仪输出的角速度，测量得到台体在Xp轴、Yp轴和Zp轴上的角速度分量


3.根据权利要求2所述的三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法，其特征在于，还包括：测量得到外框架绕内框架本体坐标系Yp1轴转动的角度βyk、以及内框架绕台体本体坐标系Zp轴转动的角度βzk。


4.根据权利要求3所述的三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法，其特征在于，三轴惯性稳定平台系统的转动惯量，包括：台体相对于Xp轴、Yp轴、Zp轴的转动惯量内框架相对于Xp1轴、Yp1轴、Zp1轴的转动惯量外框架相对于Xp2轴、Yp2轴、Zp2轴的转动惯量


5.根据权利要求4所述的三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法，其特征在于，三轴惯性稳定平台系统的台体合成转动惯量矩阵，包括：合成到台体Xp轴上的主转动惯量合成到台体Yp轴上的主转动惯量对轴Xp和YP的合成转动惯量积Jxy、对轴Xp和ZP的合成转动惯量积Jxz、以及对轴Yp和ZP的合成转动惯量积Jyz。


6.根据权利要求5所述的三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法，其特征在于，根据三轴惯性稳定平台系统的转动惯量，计算得到三轴惯性稳定平台系统的台体合成转动惯量矩阵，包括：
三轴惯性稳定平台系统的台体合成转动惯量矩阵Jp的计算公式如下：



其中：

















7.根据权利要求6所述的三轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法，其特征在于，根据三轴惯性稳定平台系统的台体合成转动惯量矩阵，计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏宗康，
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