[發明專利]主動式半捷聯慣性測量裝置驅動系統的精確控制方法

有效

• 申請號: 201210078220.7
• 申請日: 2012-03-23
• 公開（公告）號: CN102608912A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 劉俊;李杰;張曉明;劉喆;石云波;唐軍;郭濤;鮑愛達;楊衛;秦麗;馬喜宏;崔星;趙詣
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42;G01C21/18
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

技術領域

本發明涉及慣性導航控制技術，具體是一種主動式半捷聯慣性測量裝置驅動系統的精確控制方法。

背景技術

慣性導航是20世紀中期發展起來的導航技術，這種技術通過慣性測量裝置測量載體相對慣性空間的角速率以及加速度信息，利用牛頓運動定律推算載體的瞬時姿態，速度和位置信息，具有不依賴外界信息、不對外輻射能量、不受干擾、隱蔽性強的優點。半捷聯慣性測量裝置因其具有體積小、成本低、維護簡單、測量精度高、計算量適中等特點，廣泛應用于慣性導航。根據半捷聯慣性測量裝置在實現半捷聯過程中是否具有驅動系統，可以將半捷聯慣性測量裝置分為被動式與主動式兩種。其中，被動式半捷聯慣性測量裝置具有結構簡單、易于安裝、成本低的優點。但是被動式半捷聯慣性測量裝置需要根據實際測量對象進行具體參數設計，因而對不同測量對象的通用性較差。主動式半捷聯慣性測量裝置具有閉環控制、系統體積小等特點，使得主動式半捷聯慣性測量裝置具有測量精度更高、對測量對象通用性更好等優點。由于主動式半捷聯慣性測量裝置具有驅動系統，其驅動系統的控制品質將直接影響到主動式半捷聯慣性測量裝置的測量精度。因此，如果能夠有效地提高主動式半捷聯慣性測量裝置驅動系統的控制品質，就可以大幅度地提高主動式半捷聯慣性測量裝置的測量精度和應用范圍。基于此，有必要發明一種能夠有效提高主動式半捷聯慣性測量裝置驅動系統的控制品質的方法。然而目前并無這樣一種方法。

發明內容

本發明為了解決目前尚無一種能夠有效提高主動式半捷聯慣性測量裝置驅動系統的控制品質的方法的問題，提供了一種主動式半捷聯慣性測量裝置驅動系統的精確控制方法。

本發明是采用如下技術方案實現的：主動式半捷聯慣性測量裝置驅動系統的精確控制方法，該方法是采用如下步驟實現的：a.采用大量程陀螺、小量程陀螺、高速模擬-數字轉化采集電路構成轉速復合測量-轉速誤差補償系統；大量程陀螺安裝于驅動系統的電機軸向，用于驅動系統的電機在高轉速情況下的轉速采集；小量程陀螺安裝于慣性測量裝置軸向，用于驅動系統的電機在極低轉速情況下的轉速采集，以及用于驅動系統的電機在高轉速情況下對大量程陀螺的測量誤差進行補償；高速模擬-數字轉化采集電路安裝于驅動系統中，用于實現大量程陀螺和小量程陀螺的同步高速采集；b.采用兩個高精度加速度計構成陀螺g值敏感性補償系統；兩個高精度加速度計分別安裝于大量程陀螺附近處與小量程陀螺附近處，分別用于對大量程陀螺和小量程陀螺所受到的重力加速度進行測量，進而補償大量程陀螺與小量程陀螺在測量過程中因重力影響而產生的測量誤差；c.采用逐次逼近PID整定方法對驅動系統的PID控制器進行參數整定；通過大量程陀螺輸出的采樣值建立驅動系統的電機的階躍響應曲線；通過小量程陀螺輸出的采樣值解算驅動系統的電機實際轉速與目標轉速之間的誤差量；采用模糊控制方法逐次微調整驅動系統的PID控制器的參數；采用Ziegler-Nichols常規整定方法對驅動系統的PID控制器的參數進行整定；d.采用具有高響應速度和能夠精確定位的伺服電機與高精度編碼器構成高動態響應驅動電機執行系統；伺服電機與高精度編碼器根據驅動系統的PID控制器的參數作出實時快速準確的轉速響應，并隨時對驅動系統的電機的微小旋轉誤差進行補償。

本發明有效解決了目前尚無一種能夠有效提高主動式半捷聯慣性測量裝置驅動系統的控制品質的方法的問題，其實現了主動式半捷聯慣性測量裝置在各種工作情況（如載體從靜止瞬間啟動為高速旋轉狀態、載體處于轉速頻繁劇烈變化狀態等）下能夠正常工作，適用于高轉速、小體積飛行器的姿態、軌跡測量。

附圖說明

圖1是本發明的主動式半捷聯慣性測量裝置驅動系統的結構示意圖。

圖2是本發明的驅動系統的電機的階躍響應曲線圖。

圖中：1-驅動系統的電機，2-慣性測量裝置，3-大量程陀螺的安裝位置，4-小量程陀螺的安裝位置。

具體實施方式

主動式半捷聯慣性測量裝置驅動系統的精確控制方法，該方法是采用如下步驟實現的：

a.采用大量程陀螺、小量程陀螺、高速模擬-數字轉化采集電路構成轉速復合測量-轉速誤差補償系統；大量程陀螺安裝于驅動系統的電機1軸向，用于驅動系統的電機1在高轉速情況下的轉速采集；小量程陀螺安裝于慣性測量裝置2軸向，用于驅動系統的電機1在極低轉速情況下的轉速采集，以及用于驅動系統的電機1在高轉速情況下對大量程陀螺的測量誤差進行補償；高速模擬-數字轉化采集電路安裝于驅動系統中，用于實現大量程陀螺和小量程陀螺的同步高速采集；