【技术实现步骤摘要】
一种高精度稳定平台系统、控制方法、设备、介质及终端
[0001]本专利技术属于惯性导航、重力测量、控制策略、信号处理等
，尤其涉及一种高精度稳定平台系统、控制方法、设备、介质及终端。
技术介绍
[0002]目前，重力测量一直以来是大地测量的重要研究方向，完整、精确的地球表面的重力场信息可为水下导航、资源开采、地质勘探等提供重要的数据支持。对远洋或丘陵地带的重力勘探也是重要的工作内容，而要对其进行测量，需将重力仪置于飞机、舰艇之内，随之而来就面临载体的运动对重力的高精度测量带来干扰的问题。基于此，2011年，中科院与导航工程系合作，成功申请了国家重大科学仪器专项“海洋/航空重力仪”项目，旨在研制一种能够应用于航空和航海领域，测量精度为0.1毫伽保持能力为10天的重力仪。为实现重力仪的测量精度，需要为其提供一个在10天内姿态精度保持为1角分的稳定平台，目前这种高精度长航时的稳定平台国内还未见报道。本专利技术以此为背景，为了提高动基座下重力仪对当地重力的测量精度，考虑为其设计一个高精度稳定平台系统，使重力仪在机载、舰载、艇载...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高精度稳定平台系统的控制方法，其特征在于，所述高精度稳定平台系统的控制方法包括：在稳定平台上将重力仪和光纤陀螺捷联测姿系统固联，通电使平台产生确定的姿态变化，通过光纤陀螺惯性定姿系统对重力仪的姿态进行实时高精度测量，同时采集陀螺的输出，敏感重力仪相对于惯性空间的角运动信息；光纤陀螺捷联测姿系统将重力仪的运动特征通过接口上传给上位机FPGA控制器；其中，所述运动特征包括姿态信息，角速度和线运动信息；FPGA控制器接收捷联测姿系统得到的重力仪运动特征，使用角位置-角速度双环PID控制策略进行姿态控制，直接输出模拟电压DAC，输出的控制电压经过放大器放大，转化成PWM电流信号驱动俯仰轴和横滚轴上的力矩电机，进而控制平台追踪当地地理水平面；同时稳定平台下方安装的减震系统可以隔离基座的高频振动带来的有害扰动，使控制平台更加快速稳定的跟踪当地地理水平面。2.如权利要求1所述的高精度稳定平台系统的控制方法，其特征在于，所述高精度稳定平台系统的控制方法还包括：力矩电机在输入的控制电压作用下输出转动力矩，旋转体在此力矩作用下克服摩擦力矩开始转动，其转动角速度和角加速度符合动力学模型；同时，IMU实时反馈平台的角度和角速度，控制计算机实时计算控制误差以改变控制电压；忽略电机反电势电压的影响，直流力矩电机的传递函数表示为：式中，M
d
为直流力矩电机的输出扭矩，C
m
为力矩电机力矩常数，L
a
为电机电枢电感，R
a
为电机电枢电阻，U
c
为加在电枢两端的电压；电枢电感L
a
远小于电枢电阻R
a
；力矩电机模型简化为：电机轴上的力矩平衡方程表示为：式中，M为电机轴上的输入力矩，M
f
为电机轴上的摩擦力矩，J为旋转体的转动惯量，ω为旋转体的旋转角速率；上式同样表示为：式中，f为电机轴上的粘滞阻力系数；旋转体的传递函数表示为：
3.如权利要求1所述的高精度稳定平台系统的控制方法，其特征在于，所述FPGA控制器包括单轴控制回路，所述单轴控制回路由速度环和位置环组成；位置环控制器和速度环控制器均采用PID算法；IMU输出角速度信息一方面经过一次积分转化为角度信息θ
imu
反馈给角位置外环控制器，另一方面将角速度信息ω反馈给角速度内环控制器，同时控制系统实现高速率的数据通信以及高频率的伺服更新；已知系统力矩电机及旋转体参数如下：电机力矩常数：C
m
＝3.292N
·
m/A；电枢电阻：R
a
＝2.65Ω；旋转体转动惯量：J＝1.185kg
·
m2；粘滞阻力系数：f＝0.00004；于是，得直流力矩电机的传递函数和旋转体的传递函数分别为：于是，得直流力矩电机的传递函数和旋转体的传递函数分别为：4.如权利要求3所述的高精度稳定平台系统的控制方法，其特征在于，所述所述FPGA控制器中，平台稳定基准θ
d
与IMU输出角度θ作差得到控制位置环的控制误差e1(t)，位置环控制器输出u1(t)与速度环输出v(t)作差得到速度换的控制误差e2(t)，速度环控制器输出u2(t)控制被控对象，速度环输出v(t)经积分环节得到位置环的输出θ；由所述FPGA控制器制系统的数学模型得到，被控对象的传递函数为：式中，K
U-I
为放大器的放大倍数；另外，由于平台台体上的重力传感器和光纤IMU是精密仪器，须避免仪器控制过程中对重力传感器和IMU的过大冲击，这就需要避免平台控制过程中的急转、急停；判断：若当θ
d
＞1
°
，控制系统中PID选取小参数，也就是扶平参数，使得系统从大的不水平角缓慢的的追踪当地水平面；当误差角θ
d
≤1
°
，控制系统中PID切换为稳定参数控制，使得系统具有满意的控制精度和控制刚度；限幅电压：
±<...
【专利技术属性】
技术研发人员：李京书，毛宁，许江宁，江鹏飞，陈鑫，吴苗，梁益丰，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：
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