用于方位保持仪的三级温控方法技术

本发明专利技术涉及一种陆地车辆导航系统中的方位保持仪温控系统，尤其涉及一种用于方位保持仪的三级温控方法，通过该三级温控方法能缩短方位保持仪的核心部件——陀螺启动后达到热平衡状态的过程，使惯性导航系统迅速进入稳定的工作状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种陆地车辆导航系统中的方位保持仪温控系统，尤其涉及一种用于 方位保持仪的三级温控方法，通过该三级温控方法能缩短方位保持仪的核心部件一陀螺 启动后达到热平衡状态的过程，使惯性导航系统迅速进入稳定的工作状态。
技术介绍
由于现代战争所要求的机动性、快速性及灵活性，重武器必须要进入阵地就能打， 打完就能撤；同时，对间接瞄准武器而言，进入阵地后要求知道其高精度的自身坐标和方 位。这样，能快速确定自身方位和坐标的自主式陆地车辆导航系统便具有了非同寻常的意 义。陆地车辆导航系统是一种自主式惯性导航系统，它可以不需要任何外界信息，自主地确 定自身的精确位置，以及距各目标点的最佳航线，也可以以此在给定坐标系内将车辆从一 个位置引导至另一个位置，从而实现车辆的安全自主驾驶。方位保持仪中的方位陀螺是惯性导航系统中的核心部件，陀螺的随机漂移严重影 响着导航系统的定位精度和系统准备时间。影响陀螺随机漂移的因素很多。实践证明，陀 螺的随机漂移与它的内部温度和环境温度级温度场分布有着密切的关系。陀螺中电子元件的热不稳定性和机械构件由于温度变化所导致的不同热膨胀系 数的变化，都会引起陀螺的热漂移，并且其随机漂移是随着时间累积的。平台温度场不均衡 及热梯度的变化都会影响平台支架的几何尺寸，从而影响惯性系统的工作精度。由于工作环境的变化，陀螺极易受到外界温度的影响，故采用常规单级PID (运 用偏差的比例、积分、微分算法对回路中的偏差进行修正，通过执行器调节参数，使测量值 稳定在设定值附近，达到控制某一参数的目的)温控方法无法精确保证陀螺稳定的工作温 度。
技术实现思路
对方位保持部件进行定性、定量的热分析，尤其是了解工作过程中温度场的分布 和变化情况，是进行精确温控的前提。由于方位保持部件结构复杂，内部空腔曲折迂回，传 统的有限元分析软件不仅建模困难，而且不能保证计算精度。本专利技术采用了 ANSYS大型有 限元分析软件，对方位保持部件进行了定量热分析，对其在加温过程中的温度场分布做了 详细研究，从而为测温点的设置提供了依据。方位保持仪主要由陀螺即惯性元件、平台内环组件、平台外环组件、壳体四大部分 组成。温控的目的是为了严格控制环境温度对陀螺的影响，使陀螺在较短的时间内到达工 作温度点，并且在工作温度附近进行精细的温度控制。因此，在温控电流方面应分为两个 阶段一是起始加温阶段，要求加温电流要大，以便缩短加温时间，快速达到工作温度范围； 二是控制加温阶段，要求加温电流适中，以求有个好的温度控制特性，使陀螺内部达到热稳 定状态。陀螺工作时自身产热，如果在室温条件下使其热平衡点达40°C 50°C，温控精度 要求为0. 1°C，显然要把方位保持部件全部都控制在这个温度和精度是不合理的，也是困难的。因此，对其的要求应该是控制在一个温度合理且变化范围较小的状态下，一来可以抵御 外界环境对陀螺仪的影响；二来可以给陀螺仪提供一个耗散热量的途径。为了克服单级PID温控方法的缺陷，本专利技术提出了三级温控的方案对整个方位 陀螺、平台、壳体实现精、中、粗三级温度控制，即陀螺级、平台级和环境级温控。将所述方位 保持仪划分为三级温区进行温控第一级温区，其为环境级温控区，是平台内环组件、平台 外环组件和陀螺以外的部分，用于抵御外界的恶劣条件，环境级温控区的温升由对壳体加 热、力矩电机发热和平台级温控区向壳体散热共同平衡控制；第二级温区，其为平台级温控 区，由平台内环组件和平台外环组件组成，用于保证陀螺的温控环境以及维持自身的温度 均勻性，平台级温控区的温升由对平台加热、力矩电极发热和陀螺级温控区向外环散热共 同平衡控制；第三级温区，其为陀螺级温控区，为自热力强的陀螺部分，所述陀螺级温控区 的温升由对陀螺加热以及陀螺自身的发热共同平衡控制；在环境温度为-45°C _17°C条件下设定方位保持仪的三个温控点陀螺级温控 区温度及误差为15士0. 1°C，平台级温控区温度及误差为8士0.2°C，环境级温控区温度及 误差为-5士0. 2°C ；在环境温度为-17°c 30°C条件下设定方位保持仪的三个温控点陀螺级温控区 温度及误差为52士0. 1°C，平台级温控区温度及误差为45士0. 2°C，环境级温控区温度及误 差为 30 士0. 2V ；在环境温度为30°C 55°C条件下设定方位保持仪的三个温控点陀螺级温控区 温度及误差为73士0. 1°C、平台级温控区温度及误差为66士0. 2°C、环境级温控区温度及误 差为 55 士 0. 20C ο其中，第一级温区和第二级温区的温度均采用标准PID算法来控制，第三级温区 的温度采用遗传算法自整定PID参数算法来控制。温控的核心主要是陀螺的温度控制，其他部件的温度控制的目的主要是一来用 以抵御外界环境对陀螺的影响；二来给陀螺提供一个耗散热量的途径。本专利技术的有益效果在于通过三级温控的方法精确保证了陀螺仪稳定的工作温 度，保证了方位保持仪精度，进而提高了整个陆地车辆导航系统的精度。附图说明图1是本专利技术的三级温控区的热源及热耗散图；图2是平台内环组件简化前的实体模型；图3是平台外环组件简化前的实体模型；图4是平台内环组件简化后的实体模型；A为平台内环上任取的点，B为面1和加 热垫1 ；图5是平台外环组件简化后的实体模型；图6是平台内环组件简化后的有限元模型；A为实际测温点，B为平台内环上任取 的点，C为面2和加热垫2 ；图7是平台外环组件简化后的有限元模型；图8是壳体简化后的有限元模型；D为实际测温点，E为壳体上任取的点，F为壳体 上任取的点；图9是陀螺的外部实体模型；图10是常温环境下平台内环组件A、B、C三点的温升曲线，即温度升高曲线；图11是壳体上E、D、F三点的温升曲线；图12是在实施例2的环境温度下不加温控的陀螺测漂试验结果；图13是在实施例2的环境温度下不加温控的陀螺工作稳定后断电再启动的测漂 试验结果；图14是实施例2温控条件下的陀螺测漂试验结果；图15是实施例3温控条件下陀螺测漂试验结果。具体实施例本专利技术的方位保持仪主要由陀螺、平台内环组件、平台外环组件、壳体组成，首先 将方位保持仪划分为三级温区进行温控第一级温区，其为环境级温控区，是平台内环组 件、平台外环组件和陀螺以外的部分，用于抵御外界的恶劣条件，所述环境级温控区的温升 主要是由对壳体的加热以及力矩电机的发热再加上平台级温控区所散发的热量导致的；第 二级温区，其为平台级温控区，是平台内环组件和平台外环组件的部分，用于保证自热力强 的陀螺的温控环境以及维持自身的温度均勻性，所述平台级温控区的温升主要是由对平台 加热以及力矩电极的发热再加上由陀螺级温控区所散发的热量导致的；第三级温区，其为 陀螺级温控区，是自热力强的陀螺部分，所述陀螺级温控区的温升主要是由对陀螺加热以 及陀螺自身的发热导致的。图1示出了本专利技术的热源以及热耗散过程。对陀螺加热以及陀 螺自身的发热导致陀螺级温控区的温度升高；对平台加热以及力矩电极的发热再加上由陀 螺级温控区所散发的热量导致平台级温控区的温度升高；对壳体的加热以及力矩电机的发 热再加上平台级温控区所散发的热量导致环境级温控区的温度升高，环境级温控区还将向 外部环境散热。 下面对方位保持仪进行热分析首先，创建有限元模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于方位保持仪的三级温控方法，所述方位保持仪由陀螺、平台内环组件、平台外环组件、壳体组成，其特征在于，将所述方位保持仪划分为三级温区进行温控：第一级温区，其为环境级温控区，是平台内环组件、平台外环组件和陀螺以外的部分，用于抵御外界的恶劣条件，环境级温控区的温升由对壳体加热、力矩电机发热和平台级温控区向壳体散热共同平衡控制；第二级温区，其为平台级温控区，由平台内环组件和平台外环组件组成，用于保证陀螺的温控环境以及维持自身的温度均匀性，平台级温控区的温升由对平台加热、力矩电极发热和陀螺级温控区向外环散热共同平衡控制；第三级温区，其为陀螺级温控区，为自热力强的陀螺部分，所述陀螺级温控区的温升由对陀螺加热以及陀螺自身的发热共同平衡控制；在环境温度为－４５℃～－１７℃条件下设定方位保持仪的三个温控点：陀螺级温控区温度及误差为１５±０．１℃，平台级温控区温度及误差为８±０．２℃，环境级温控区温度及误差为－５±０．２℃；在环境温度为－１７℃～３０℃条件下设定方位保持仪的三个温控点：陀螺级温控区温度及误差为５２±０．１℃，平台级温控区温度及误差为４５±０．２℃，环境级温控区温度及误差为３０±０．２℃；在环境温度为３０℃～５５℃条件下设定方位保持仪的三个温控点：陀螺级温控区温度及误差为７３±０．１℃、平台级温控区温度及误差为６６±０．２℃、环境级温控区温度及误差为５５±０．２℃；其中，第一级温区和第二级温区的温度均采用标准ＰＩＤ算法来控制，第三级温区的温度采用遗传算法自整定ＰＩＤ参数算法来控制。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘星桥，韩勇强，赵治伟，李振华，陈家斌，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11