一种伺服回路框架限位条件下的柔顺连续变结构控制方法技术

一种伺服回路框架限位条件下的柔顺连续变结构控制方法，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

【技术实现步骤摘要】
一种伺服回路框架限位条件下的柔顺连续变结构控制方法


[0001]本专利技术涉及一种四轴惯性稳定平台伺服回路框架限位条件下的柔顺连续变结构控制方法，属于惯性测量


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。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了四轴惯性稳定平台伺服回路框架限位条件下的稳定控制问题。
[0006]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：
[0007]一种四轴惯性稳定平台伺服回路框架限位条件下的柔顺连续变结构控制方法，对于内框架限位，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
[0009]测量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]给定柔顺变结构参数k的值，计算柔顺变结构的角速度修正值：
[0011][0012]其中，区间参数β
ny
、β
my
分别为β
yk
的最小值和最大值；
[0013]依据测量的β
xk
、β
yk
、β
zk
、和以及角速度修正值Δω，计算台体、内框
架、中框架和外框架的转动角速度，具体计算公式如下：
[0014][0015]其中，ω
z
为台体Z
p
轴的合成转动角速度；ω
y
为内框架Y
p1
轴的合成转动角速度；ω
x
为中框架X
p2
轴的合成转动角速度；ω
yk
′
为外框架Y
p3
轴的合成转动角速度；
[0016]ω
z
、ω
y
、ω
x
和ω
yk
′
输出给线性控制器后作用于四轴平台各轴端力矩电机实现台体相对惯性空间的稳定。
[0017]一种四轴惯性稳定平台伺服回路框架限位条件下的柔顺连续变结构控制方法，对于中框架限位，控制方法包括：
[0018]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
[0019]测量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
；
[0020]给定柔顺变结构参数k的值，计算柔顺变结构的角速度修正值：
[0021][0022]其中，区间参数β
nx
、β
mx
分别为β
xk
的最小值和最大值；
[0023]依据测量的β
xk
、β
yk
、β
zk
、和以及角速度修正值Δω，计算台体、内框架、中框架和外框架的转动角速度，具体计算公式如下：
[0024][0025]其中，ω
z
为台体Z
p
轴的合成转动角速度；ω
y
为内框架Y
p1
轴的合成转动角速度；ω
x
为中框架X
p2
轴的合成转动角速度；ω
yk
′
为外框架Y
p3
轴的合成转动角速度；
[0026]ω
z
、ω
y
、ω
x
和ω
yk
′
输出给线性控制器后作用于四轴平台各轴端力矩电机实现台体相对惯性空间的稳定。
[0027]本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：
[0028](1)采用本专利技术给出的伺服回路内框架或中框架限位时柔顺连续变结构控制方法，克服了分区离散变结构控制在区间切换过程中过渡过程对台体稳定性的影响，消除了区间切换引起的频繁晃动引起的动态误差，从而提高了惯性导航的精度；
[0029](2)采用本专利技术给出的伺服回路内框架或中框架限位时柔顺连续变结构控制方法相对于内框架限位时分区变结构控制方法具有输出能量较小的特点，有利于节约控制能量。
[0030](3)本专利技术所述的四轴惯性稳定平台系统相对于内框架限位时分区变结构控制方法具有超调量小的特点，且不需分区，控制算法简单，易于工程实现；
附图说明
[0031]图1是本专利技术四轴惯性稳定平台系统中五个本体坐标系之间的关系示意图；
[0032]图2是本专利技术四轴惯性稳定平台系统的伺服回路内框架或中框架限位时柔顺连续变结构控制方法的步骤流程图；
[0033]图3是变结构分区控制中依据内框架角度和中框架角度划分的区域；
[0034]图4是变结构分区控制时框架角度随时间的变化过程；
[0035]图5是变结构分区控制时内框架和中框架角度所在区域；
[0036]图6为变结构分区控制时台体角速度随时间的变化过程；
[0037]图7为变结构分区控制时台体相对惯性空间的角度随时间的变化过程；
[0038]图8为采用实施方式一内框架限位时柔顺连续变结构控制时框架角度随时间的变化过程；
[0039]图9为采用实施方式一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四轴惯性稳定平台伺服回路框架限位条件下的柔顺连续变结构控制方法，其特征在于，对于内框架限位，控制方法包括：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
轴上的角速度分量测量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
；给定柔顺变结构参数k的值，计算柔顺变结构的角速度修正值：其中，区间参数β
ny
、β
my
分别为β
yk
的最小值和最大值；依据测量的β
xk
、β
yk
、β
zk
、ω
xp
、ω
yp
和ω
zp
，以及角速度修正值Δω，计算台体、内框架、中框架和外框架的转动角速度，具体计算公式如下：其中，ω
z
为台体Z
p
轴的合成转动角速度；ω
y
为内框架Y
p1
轴的合成转动角速度；ω
x
为中框架X
p2
轴的合成转动角速度；ω
yk
′
为外框架Y
p3
轴的合成转动角速度；ω
z
、ω
y
、ω
x
和ω
yk
′
输出给线性控制器后作用于四轴平台各轴端力矩电机实现台体相对惯性空间的稳定。2.根据权利要求1所述的柔顺连续变结构控制方法，其特征在于，四轴惯性稳定平台包括基座、外框架、中框架、内框架和台体，对应的本体坐标系分别为基座本体坐标系X1Y1Z1、外框架坐标系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
；所述五个坐标系的原点重合，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，中框架的本体坐标系的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；其中，基座与载体固连，在所述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所述的柔顺连续变结构控制方法，其特征在于，通过如下方法测量得到四轴惯性稳定平台内部相对转动角度和角速度：在外框架的X
p2
轴上安装角度传感器，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
；在内框架的Y
p1
轴上安装角度传感器，测量得到中框架绕内框架本体坐标系的Y
p1
轴转动的角度β
yk
；在台体Z
p
轴上安装传感器测量内框架绕台体本体坐标系的Z
p
轴转动的角度β
zk
。4.根据权利要求1所述的柔顺连续变结构控制方法，其特征在于，转动角度β
yk
的取值范围为β
ny
～β
my
；转动角度β
zk
、β
xk
、β
yk
′
的取值范围为
‑
180～180
°
。5.根据权利要求4所述的柔顺连续变结构控制方法，其特征在于，区间参数满足如下条件：(β
ny
+β
my
)/2＝0
°
或(β
ny
+β
my
)/2＝180
°
。6.一种四...

【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：