[發明專利]船舶慣導系統自主式無超調狀態切換方法

有效

• 申請號: 201110264298.3
• 申請日: 2011-09-08
• 公開（公告）號: CN102419181A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 查峰;覃方君;許江寧;李安;胡柏青;李京書;常國兵
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰

1.一種船舶慣導系統自主式無超調狀態切換方法，其特征在于，它包括如下步驟：

步驟S11：根據船舶運動狀態從抑制系統誤差方面和減小校正環節對系統回路的影響兩個方面考慮，確定適合于船舶狀態的阻尼比ζ；

步驟S12：確定校正環節的時域參數，所述時域參數包括諧振峰值M_r和調節時間t_s，

根據二階系統諧振峰值與阻尼比的關系式

將步驟S11中得到的阻尼比ζ代入其中，得出系統的諧振峰值M_r；同時，設定校正過程的調節時間t_s為給定值A；

步驟S13：確定校正過程期望的截止頻率，

根據高階系統頻域和時域指標的關系式

式中：K＝2+1.5(M_r-1)+2.5(M_r-1)²，t_s為步驟S?12中調節時間給定值A；M_r為步驟S12中諧振峰值M_r；

得到校正過程期望的截止頻率ω_c；

步驟S14：確定校正環節的系統帶寬；

根據自動控制系統理論，得到系統帶寬與最大相角裕度的關系式

式中：H為校正環節的系統帶寬，γ為相角裕度，其中，相角裕度γ為設定值B，將相角裕度γ代入公式(3)得到校正環節的系統帶寬H的值；

步驟S15：確定校正環節的兩交接頻率；?

根據最大相角的角頻率ω_m關系式

校正環節的系統帶寬關系式

H＝ω₂/ω₃????????????????(5)

另外，為使系統獲得盡可能大的相角裕度，選擇校正環節的最大相角裕度角頻率接近系統的截止頻率，即ω_m≈ω_c???????(6)

根據上述公式(4)、公式(5)、公式(6)即可得到兩交接頻率ω₂和ω₃；

步驟S16：確定校正環節的低頻段；

校正后系統采用與無校正系統同樣的低頻段；

步驟S17：確定校正環節的高頻段；

校正后系統采用與無校正系統同樣的高頻段；

步驟S18：確定校正環節的銜接頻段；

根據公式ω₄＝H×ω₃???????????(7)

式中：H為校正環節的系統帶寬，ω₃為步驟S15中的交接頻率，根據公式(7)得到校正環節的銜接頻段ω₄。

步驟S19：根據S15，S18確定校正環節的傳遞函數為如下公式

其中s為微分算子；

步驟S20：在步驟S11進行的同時，確定系統由無校正轉為校正狀態切換的過渡時間，所述系統由無校正轉為校正狀態切換的過渡時間為給定時間10～20分鐘；

步驟S21：根據S19中確定的校正環節傳遞函數中的交接頻率ω₂、ω₃，銜接頻率ω₄及步驟S20中的狀態切換的過渡時間確定系統的交接頻率ω₂、ω₃，銜接頻率ω₄的切換步長；具體切換步長依照公式?得到，其中，校正狀態參數為確定的適合當前運動狀態的傳遞函數的參數，交接頻率ω₂，ω₃和銜接頻?率ω₄，當前擬校正狀態參數為慣導系統在校正前的傳遞函數的參數，交接頻率ω₂，ω₃和銜接頻率ω₄，切換過度時間為10～20分鐘。

步驟S22：利用步驟S19中校正環節的傳遞函數對步驟S19中的公式(8)進行反拉普拉斯變換后可得到校正前后的速度微分方程；

定義船舶校正前的速度為v，校正后的速度為v′，公式(8)為兩者間的傳遞函數，為二階微分方程。為對公式(8)進行變換，定義兩個中間變量為u₁，u₂，有：

(9)

對公式(8)進行相應變形，可得到下述微分方程組。

v′＝q(v+u₁+u₂)

為方程變換中的常數。上述方程組確定了校正前后的速度關系；

得到速度微分方程后，根據步驟S21中確定的頻率參數切換步長，即每次速度校正時ω₂，ω₃，ω₄的改變量，從而根據公式(10)確定校正前后的速度變化量；

步驟S31：得到慣性器件輸出的角速度和加速度信息，所述慣性器件為陀螺和加速度計；

步驟S32：根據慣性器件的誤差源對慣性器件輸出的角速度和加速度信息進行補償；

步驟S33：對加速度計輸出的加速度信息進行積分得到速度信息；

步驟S34：根據步驟S22中校正前后的速度變化量，以及步驟S33中的校正前的速度得到速度校正量；?

步驟S35：根據步驟S33中校正前的速度和步驟S34中的速度校正量得到校正后速度；

步驟S36：利用步驟S35中的校正后速度信息，根據慣導系統模型得到校正后角速度信息，該校正后角速度信息通過舒拉回路反饋至步驟S32后繼續進行步驟S33～步驟S38的導航解算；

步驟S37：對步驟S35中的校正后速度進行積分；

步驟S38：得到校正后的位置信息即完成整個切換過程。