惯性稳定平台伺服回路含奇异点路径连续变结构控制方法技术

本发明专利技术公开了一种惯性稳定平台伺服回路含奇异点路径连续变结构控制方法，包括：获取台体在X

【技术实现步骤摘要】
惯性稳定平台伺服回路含奇异点路径连续变结构控制方法


[0001]本专利技术属于惯性测量
，尤其涉及一种惯性稳定平台伺服回路含奇异点路径连续变结构控制方法。

技术介绍

[0002]由于三轴惯性平台系统存在“框架锁定”现象，难以满足载体大机动运动的要求，因此，产生了四轴惯性平台系统。四轴惯性平台系统相对三轴惯性平台系统，在台体、内框架和中框架的基础上增加了外框架，外框架处于平台中框架和基座之间。
[0003]在工程应用中，为了使平台台体相对惯性空间稳定，在内框架轴上安装了限位挡钉以使内框架角度的范围受限(一般不超过
±
45
°
)。当β
xk
＝
±
90
°
时，内框架角将会随着载体的运动而发生变化，不能保持在零位。一种解决方法如下：“将外框架转动90
°
的方法使内框架角回到零位附近，同时使中框架离开
±
90
°
位置，从而使得三框架四轴平台重新符合传统随动回路工作条件”，参见文献“四轴惯性平台随动框架控制策略研究，导航与控制2017年第4期”。
[0004]采用该方法时，会使内框架角度和中框架角度处于不同的区间，采用分区控制时存在不同控制信号间的切换，但在切换时刻也会引起台体的瞬时抖动，导致平台台体相对空间有晃动。
[0005]那么，能否让内框架角不受限制，可自由运动呢？可通过限制中框架角β
xk
工作于
±
90
°
也可避免四个转动轴处于同一平面。为此，本领域亟需研究一种新的解耦方法以满足全姿态运动的要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种惯性稳定平台伺服回路含奇异点路径连续变结构控制方法，克服了采用分区变结构控制时不同控制信号间的切换引起台体的晃动，使得惯性稳定平台台体相对惯性空间的稳定性增强，有利于提高导航解算的精度。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种惯性稳定平台伺服回路含奇异点路径连续变结构控制方法，包括：
[0008]根据台体上安装的陀螺仪输出的角速度，得到台体在X
p
轴、Y
p
轴和Z
p
轴上的角速度分量和
[0009]测量得到外框架绕中框架本体坐标系的X
p2
轴转动的角度β
xk
，中框架绕内框架本体坐标系的Y
p1
轴转动的角度β
yk
，内框架绕台体本体坐标系的Z
p
轴转动的角度β
zk
；
[0010]给定柔顺连续变结构参数的值，以及含奇异点路径对应的活动区域，计算得到柔顺连续变结构的角速度修正值Δω；
[0011]根据β
xk
、β
yk
、β
zk
和Δω，计算得到台体Z
p
轴的合成转动角速度ω
z
、内框架Y
p1
轴的合成转动角速度ω
y
、中框架X
p2
轴的合成转动角速度ω
x
和外框架Y
p3
轴的
合成转动角速度ω
yk
′
；
[0012]将ω
z
、ω
y
、ω
x
和ω
yk
′
输出给线性控制器后作用于惯性稳定平台各轴端力矩电机，实现惯性稳定平台台体相对惯性空间的稳定。
[0013]在上述惯性稳定平台伺服回路含奇异点路径连续变结构控制方法中，惯性稳定平台为四轴惯性稳定平台，包括：基座、外框架、中框架、内框架和台体；
[0014]基座、外框架、中框架、内框架和台体各自对应的本体坐标系分别为：基座本体坐标系X1Y1Z1、外框架本体坐标系X
p3
Y
p3
Z
p3
、中框架本体坐标系X
p2
Y
p2
Z
p2
、内框架本体坐标系X
p1
Y
p1
Z
p1
和台体本体坐标系X
p
Y
p
Z
p
；
[0015]基座本体坐标系X1Y1Z1、外框架本体坐标系X
p3
Y
p3
Z
p3
、中框架本体坐标系X
p2
Y
p2
Z
p2
、内框架本体坐标系X
p1
Y
p1
Z
p1
和台体本体坐标系X
p
Y
p
Z
p
的原点重合，并且：台体本体坐标系的Z
p
轴与内框架本体坐标系的Z
p1
轴重合，中框架本体坐标系的Y
p2
轴与内框架本体坐标系的Y
p1
轴重合，外框架本体坐标系的X
p3
轴与中框架本体坐标系的X
p2
轴重合，基座本体坐标系的X1轴与外框架本体坐标系的Y
p3
轴重合；
[0016]基座与载体固连，当四轴惯性稳定平台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Y
p3
轴转动，外框架绕中框架本体坐标系的X
p2
轴转动，中框架绕内框架本体坐标系的Y
p1
轴转动，内框架绕台体本体坐标系的Z
p
轴转动。
[0017]在上述惯性稳定平台伺服回路含奇异点路径连续变结构控制方法中，含奇异点路径对应的活动区域，包括：“三”字形活动区域和“川”字形活动区域。
[0018]在上述惯性稳定平台伺服回路含奇异点路径连续变结构控制方法中，当含奇异点路径对应的活动区域为“三”字形活动区域时，通过如下方式计算得到柔顺连续变结构的角速度修正值Δω：
[0019]给定柔顺连续变结构参数k、k1、k2、Δβ的值，以及“三”字形活动区域β
nx
≤β
xk
≤β
mx
；其中，k表示基于β
xk
活动区域极值的修正系数，k1表示基于β
yk
奇异圆内的修正系数，k2表示基于β
yk
奇异圆外的修正系数，Δβ表示奇异圆的半径，β
nx
表示β
xk
活动区域的最小值，β
xk
表示β
xk
活动区域的最大值；(β
nx
+β
mx
)/2＝0
°
；
[0020]通过如下公式，计算得到活动区域极值的角速度修正值Δω1：
[0021][0022本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种惯性稳定平台伺服回路含奇异点路径连续变结构控制方法，其特征在于，包括：根据台体上安装的陀螺仪输出的角速度，得到台体在X
p
轴、Y
p
轴和Z
p
轴上的角速度分量和测量得到外框架绕中框架本体坐标系的X
p2
轴转动的角度β
xk
，中框架绕内框架本体坐标系的Y
p1
轴转动的角度β
yk
，内框架绕台体本体坐标系的Z
p
轴转动的角度β
zk
；给定柔顺连续变结构参数的值，以及含奇异点路径对应的活动区域，计算得到柔顺连续变结构的角速度修正值Δω；根据β
xk
、β
yk
、β
zk
和Δω，计算得到台体Z
p
轴的合成转动角速度ω
z
、内框架Y
p1
轴的合成转动角速度ω
y
、中框架X
p2
轴的合成转动角速度ω
x
和外框架Y
p3
轴的合成转动角速度ω
yk
′
；将ω
z
、ω
y
、ω
x
和ω
yk
′
输出给线性控制器后作用于惯性稳定平台各轴端力矩电机，实现惯性稳定平台台体相对惯性空间的稳定。2.根据权利要求1所述的惯性稳定平台伺服回路含奇异点路径连续变结构控制方法，其特征在于，惯性稳定平台为四轴惯性稳定平台，包括：基座、外框架、中框架、内框架和台体；基座、外框架、中框架、内框架和台体各自对应的本体坐标系分别为：基座本体坐标系X1Y1Z1、外框架本体坐标系X
p3
Y
p3
Z
p3
、中框架本体坐标系X
p2
Y
p2
Z
p2
、内框架本体坐标系X
p1
Y
p1
Z
p1
和台体本体坐标系X
p
Y
p
Z
p
；基座本体坐标系X1Y1Z1、外框架本体坐标系X
p3
Y
p3
Z
p3
、中框架本体坐标系X
p2
Y
p2
Z
p2
、内框架本体坐标系X
p1
Y
p1
Z
p1
和台体本体坐标系X
p
Y
p
Z
p
的原点重合，并且：台体本体坐标系的Z
p
轴与内框架本体坐标系的Z
p1
轴重合，中框架本体坐标系的Y
p2
轴与内框架本体坐标系的Y
p1
轴重合，外框架本体坐标系的X
p3
轴与中框架本体坐标系的X
p2
轴重合，基座本体坐标系的X1轴与外框架本体坐标系的Y
p3
轴重合；基座与载体固连，当四轴惯性稳定平台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Y
p3
轴转动，外框架绕中框架本体坐标系的X
p2
轴转动，中框架绕内框架本体坐标系的Y
p1
轴转动，内框架绕台体本体坐标系的Z
p
轴转动。3.根据权利要求1所述的惯性稳定平台伺服回路含奇异点路径连续变结构控制方法，其特征在于，含奇异点路径对应的活动区域，包括：“三”字形活动区域和“川”字形活动区域。4.根据权利要求3所述的惯性稳定平台伺服回路含奇异点路径连续变结构控制方法，其特征在于，当含奇异点路径对应的活动区域为“三”字形活动区域时，通过如下方式计算得到柔顺连续变结构的角速度修正值Δω：给定柔顺连续变结构参数k、k1、k2、Δβ的值，以及“三”字形活动区域β
nx
≤β
xk
≤β
mx
；其中，k表示基于β
xk
活动区域极值的修正系数，k1表示基于β
yk
奇异圆内的修正系数，k2表示基于β
yk
奇异圆外的修正系数，Δβ表示奇异圆的半径，β
nx
表示β
xk
活动区域的最小值，β
xk

【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：