[發(fā)明專利]一種航空遙感慣性穩(wěn)定平臺雙速度環(huán)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310244982.4
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN103335651A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周向陽;趙強;李永;張宏燕;房建成
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G05B13/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明

1.一種航空遙感慣性穩(wěn)定平臺雙速度環(huán)控制方法，其特征在于：該方法基于“跟蹤環(huán)+穩(wěn)定環(huán)+電流環(huán)”的三環(huán)復(fù)合控制系統(tǒng)，根據(jù)框架編碼器、陀螺的輸出信號，將穩(wěn)定環(huán)設(shè)計為由編碼器差分得到框架間相對角速度的速度內(nèi)環(huán)以及由速率陀螺得到框架相對慣性空間的角速度的速度外環(huán)，通過穩(wěn)定回路雙速度環(huán)克服了單速度環(huán)在抑制擾動方面的不足，增強控制系統(tǒng)擾動抑制能力，具體包括以下步驟：

步驟（1）、建立航空遙感慣性穩(wěn)定平臺三環(huán)復(fù)合控制系統(tǒng)分為以下三個步驟：

步驟1）、建立電流環(huán)反饋回路；

步驟2）、建立雙速度環(huán)穩(wěn)定反饋回路，得到單、雙速度環(huán)穩(wěn)定反饋回路輸出角速度相對于載體運動干擾角速度和平臺內(nèi)部干擾力矩的傳遞函數(shù)：

單速度環(huán)穩(wěn)定反饋回路輸出角速度相對于載體運動干擾角速度和平臺內(nèi)部干擾力矩的傳遞函數(shù)為：

ωo=WM(s)1+KWwd(s)Wc(s)WM(s)Md+11+KWwd(s)Wc(s)WM(s)ωd]]>

雙速度環(huán)穩(wěn)定反饋回路輸出角速度相對于載體運動干擾角速度和平臺內(nèi)部干擾力矩的傳遞函數(shù)為：

ωo=WM(s)1+(K+KWwd(s))Wzs(s)Wc(s)WM(s)Md+1+KWzs(s)Wc(s)WM(s)1+(K+KWwd(s))Wzs(s)Wc(s)WM(s)ωd]]>

其中，ω_d為載體運動干擾角速度，K為電機力矩系數(shù)K_T與傳動比K_gr的乘積，M_d為平臺內(nèi)部干擾力矩，W_M(s)為穩(wěn)定平臺傳遞函數(shù)，W_c(s)為電流環(huán)調(diào)節(jié)器，W_wd(s)為陀螺穩(wěn)定環(huán)調(diào)節(jié)器，W_zs(s)為編碼器速度環(huán)調(diào)節(jié)器；

步驟3）、建立跟蹤環(huán)位置反饋回路；

步驟（2）、建立雙速度環(huán)穩(wěn)定回路分為以下兩個步驟：

步驟1）、設(shè)計以編碼器進行數(shù)字測速構(gòu)成的速度內(nèi)環(huán)反饋回路，編碼器用來測量框架間以及框架與基座之間的相對角度，通過差分可以得到相對角速度，由于差分存在放大噪聲的缺點，所以經(jīng)過濾波可以得到比較好的相對角速度信號，分別將橫滾框、俯仰框編碼器測得的相對角速度信號作為反饋信號構(gòu)成各框架速度內(nèi)環(huán)反饋回路；

步驟2）、設(shè)計以速率陀螺構(gòu)成的速度外環(huán)反饋回路，速率陀螺用來測量框架相對慣性空間的角速度，分別將橫滾框、俯仰框速率陀螺測得的相對慣性空間的角速度信號作為反饋信號構(gòu)成各框架速度外環(huán)反饋回路。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空遙感慣性穩(wěn)定平臺雙速度環(huán)控制方法，其特征在于：步驟（1）中根據(jù)單、雙速度環(huán)傳遞函數(shù)框圖，計算出單、雙速度環(huán)輸出角速度相對于載體運動角速度和內(nèi)部干擾力矩的傳遞函數(shù)，并根據(jù)傳遞函數(shù)推算出單、雙速度環(huán)的閉環(huán)力矩剛度以及對基座擾動的抑制能力，具體如下：

（1-1）、根據(jù)單速度環(huán)傳遞函數(shù)框圖計算出單速度環(huán)的閉環(huán)力矩剛度以及對基座擾動的抑制能力，如下：

根據(jù)單速度環(huán)傳遞函數(shù)框圖，可以得到單速度環(huán)輸出角速度相對于載體運動角速度和內(nèi)部干擾力矩的傳遞函數(shù)如下：

ωo=WM(s)1+KWwd(s)Wc(s)WM(s)Md+11+KWwd(s)Wc(s)WM(s)ωd]]>

式中，Wc(s)=KPWMWdl(s)KPWMWdl(s)+Rm(Tes+1)]]>為電流環(huán)的傳遞函數(shù)，WM(s)=1Js]]>為平臺傳遞函數(shù)，K＝K_TK_gr，ω_o為框架輸出角速度，ω_d為載體運動干擾角速度，J為平臺框架轉(zhuǎn)動慣量，R_m為電機電阻，T_e為電機電氣時間常數(shù)，K_T為電機力矩系數(shù)，K_gr為傳動比，K_PWM為PWM增益，M_d為平臺內(nèi)部干擾力矩，W_wd(s)為陀螺穩(wěn)定環(huán)調(diào)節(jié)器，W_dl(s)為電流環(huán)調(diào)節(jié)器；

在校正環(huán)節(jié)設(shè)計時，在所需頻帶內(nèi)可以保證：

|1+KW_wd(s)W_c(s)W_M(s)|＞＞1

因此上式的傳遞函數(shù)可以近似為：

ωo=1KWwd(s)Wc(s)Md+1KWwd(s)Wc(s)WM(s)ωd]]>

從而得到單速度環(huán)的閉環(huán)力矩剛度為KW_wd(s)W_c(s)s，對基座擾動角速度的抑制能力為KW_wd(s)W_c(s)W_M(s)；

（1-2）、根據(jù)雙速度環(huán)傳遞函數(shù)框圖計算出雙速度環(huán)的閉環(huán)力矩剛度以及對基座擾動的抑制能力，如下：

根據(jù)雙速度環(huán)傳遞函數(shù)框圖，可以得到雙速度環(huán)輸出角速度相對于載體運動角速度和內(nèi)部干擾力矩的傳遞函數(shù)如下：

ωo=WM(s)1+(K+KWwd(s))Wzs(s)Wc(s)WM(s)Md+1+KWzs(s)Wc(s)WM(s)1+(K+KWwd(s))Wzs(s)Wc(s)WM(s)ωd]]>

式中，Wc(s)=KPWMWdl(s)KPWMWdl(s)+Rm(Tes+1)]]>為電流環(huán)的傳遞函數(shù)，WM(s)=1Js]]>為平臺傳遞函數(shù)，K＝K_TK_gr，ω_o為框架輸出角速度，ω_d為載體運動干擾角速度，J為平臺框架轉(zhuǎn)動慣量，R_m為電機電阻，T_e為電機電氣時間常數(shù)，K_T為電機力矩系數(shù)，K_gr為傳動比，K_PWM為PWM增益，M_d為平臺內(nèi)部干擾力矩，W_wd(s)為陀螺穩(wěn)定環(huán)調(diào)節(jié)器，W_zs(s)為編碼器速度內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器，W_dl(s)為電流環(huán)調(diào)節(jié)器；

在校正環(huán)節(jié)設(shè)計時，在所需頻帶內(nèi)可以保證：

|1+(K+KW_wd(s))W_zs(s)W_c(s)W_M(s)|＞＞1

因此上式的傳遞函數(shù)可以近似為：

ωo=1(K+KWwd(s))Wzs(s)Wc(s)Md+1(K+KWwd(s))Wzs(s)Wc(s)WM(s)ωd+1(1+Wwd(s))ωd]]>

從而得到雙速度環(huán)的閉環(huán)力矩剛度為(K+KW_wd(s))W_zs(s)W_c(s)s，對基座擾動角速度的抑制能力為1+W_wd(s)以及(K+KW_wd(s))W_zs(s)W_c(s)W_M(s)共同組成。