惯导4 惯性导航系统平台知识讲稿.ppt

TDFG平台 方程整理 整理方程，得 5.4 半解析惯导系统的修正回路 TDFG平台 参数选择 选择参数，使得 可选取 则平台方程 变为 5.4 半解析惯导系统的修正回路 TDFG平台 舒拉调谐结果 变为 可见平台运动是两种运动的合成 第一种： 具有舒拉特性 第二种： 平台稳定回路的过渡特性 （通过设计，可使其过渡过程快速衰减） 5.4 半解析惯导系统的修正回路 TDFG平台 总结 研究修正回路时，可忽略稳定回路的过渡特性（其它环节类似） 研究稳定回路特性时，可以忽略修正回路的跟踪特性 稳定回路方块图的化简 两种惯导平台修正回路的一致性 5.4 半解析惯导系统的修正回路 舒拉调谐 理想数学摆1 不受加速度影响的数学摆 静止的摆能准确指示当地垂线方向 水平加速度会导致摆偏离地垂线方向 加速度 ax 越大，偏角 θ越大 摆长 L 越大，偏角 θ越小 加速度 ax 产生绕 A’ 点的转动力矩 单摆向后摆的加速度 舒拉调谐 理想数学摆2 物体水平运动加速度对地垂线方向的影响 当物体在加速度 ax 作用下由 A → B 地垂线也相对惯性空间转动了角度 α 角度 α和水平加速度 ax 之间的关系： 或 令 即 满足上述条件，即可免除水平加速度对摆线跟踪地垂线的干扰 单摆周期 单摆舒拉调谐的物理意义 舒拉调谐 复摆 实现舒拉调谐的可能途径 1、复摆（物理摆） 圆环式复摆 其固有摆动周期 设 r = 0.5 m 则 J = mr2 取 T ≈ 84.4 min ≈ 5064 s，可求得 实现困难 舒拉调谐 陀螺摆1 陀螺摆 东北天坐标系 ENζ 陀螺坐标系 XYZ 下摆性 mgL 载体沿北向运动，列写运动方程： 其中 舒拉调谐 陀螺摆2 整理可得 可得陀螺摆的固有周期 为了消除加速度的影响，应取 此时稳态误差 舒拉调谐 平台 舒拉调谐平台：用控制回路的方式实现调谐 小角度情况下，加速度计输出 平台倾角正比于加速度计输出的二次积分 对上式微分，得 因此 其中 或 对于单摆 实现平台调谐，需使 1/K = R 引入陀螺后，增加了一个 1/H 环节，调谐条件变为：H/K = R 平台 漂移、平衡环 平台的漂移 陀螺漂移角速度 陀螺、加速度计安装误差 计算机和平台的衔接 其它：电磁、振动、温度 平衡环系统 一般三环式平台可满足导航 三环组成：台体、内、外环 三环系统局限：非全姿态 实例分析： 外环轴//俯仰 载体绕方位和俯仰轴旋转无角度限制 载体绕滚动轴旋转角度不能超过±90度 惯性导航——惯性导航系统平台 5.1 惯导平台概述 平台功能： 提供比力和姿态 两种方案： 捷联式、平台式 捷联式： 加速度计、陀螺直接安装在载体上 平台式： 加速度计安装在台体上，通过万向支架和载体的转动相隔离。 加速度计敏感轴方向沿着导航坐标系方向放置 导航坐标系是由平台稳定回路和修正回路来共同实现 用陀螺仪实现回路的姿态反馈 陀螺仪的配置 稳定回路： 利用陀螺信号来稳定台体 陀螺仪只用于敏感干扰力矩，不再用于力矩补偿 修正回路 为了得到其它导航坐标系，须给陀螺仪施加修正电流 空间稳定平台 vs 跟踪平台 单自由度陀螺 vs 二自由度 基于单自由度陀螺的平台 基于二自由度陀螺的平台 5.1 惯导平台概述 基于单自由度陀螺的单轴稳定器 部件结构图 转动坐标系 5.2 用单自由度浮子积分陀螺仪组成的单轴稳定器 单轴稳定器工作的物理过程 初始：陀螺输入轴 // 稳定轴 沿稳定轴的干扰力矩 干扰角速度 陀螺力矩（沿输出轴） 陀螺绕输出轴角速度 陀螺绕输出轴θ转角 输出轴传感器电压 送至稳定轴力矩电机 控制力矩 与干扰角速度相反的角速度 陀螺力矩抵消 沿着稳定轴力矩平衡 特点：偏离初始位置小角θ 5.2 用单自由度浮子积分陀螺仪组成的单轴稳定器 过程数学描述（三区段）： 1. t = 0+ 2. t = t1 3. t = t2 t2 时刻 5.2 用单自由度浮子积分陀螺仪组成的单轴稳定器 单轴跟踪器：给陀螺加控制电流 讨论 It 作用时，可认为 (1) t = 0+ (2) t = t1 (3) t = t2 保持 It 不变，则 单轴稳定器、跟踪器与惯导平台 5.2 用单自由度浮子积分陀螺仪组成的单轴稳定器 单轴稳定器特性分析 各环节传递函数 1、台体 2、积分陀螺 3、平台控制器 静态增益 C1 4、力矩电机 5.2 用单自由度浮子积分陀螺仪组成的单轴稳定器 单轴稳定器—— 静态动态刚度 当 MfY 为阶跃输入，稳态误差 静态伺服刚度，表示平台系统的抗干扰能力 减小静差的途径： 提高 C1 减小 当 MfY 为正弦输入：动态伺服刚度 Jp 对动态伺服刚度的影响 带宽设计：合理选择陀螺仪