[發明專利]基于切換控制的長航時慣性導航系統阻尼切換方法

有效

• 申請號: 201710599147.0
• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN107270899B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 鄧志紅;石雷;楊毅;王博;劉彤
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗;仇蕾安

本發明公開了一種基于切換控制的長航時慣性導航系統阻尼切換方法。使用本發明能夠有效減小慣性導航系統在阻尼切換時的超調量，提高了慣性導航系統的導航定位精度。本發明避免了傳統方法簡單地通過加速度將慣性導航系統的阻尼狀態和無阻尼狀態進行區分和切換，利用建立的慣性導航系統數學模型來考慮慣性導航系統的阻尼狀態和無阻尼狀態切換問題，并利用反饋控制和最優控制理論，通過狀態反饋使慣性導航系統的性能指標最優，達到使系統在切換時超調量最小的目的，提高了系統導航定位精度。此外，本發明利用加加速度來進行阻尼切換，能夠更早的檢測到載體運動狀態的變化，實現提前切換，增加了慣性導航系統的穩定性及定位精度。

技術領域

本發明涉及導航、制導與控制技術領域，具體涉及一種基于切換控制的長航時慣性導航系統阻尼切換方法。

背景技術

慣性導航系統由于能夠實時地為載體提供位置、速度、姿態等導航定位信息，在陸、海、空、天各類載體中廣泛應用。從控制系統角度來看，慣性導航系統是一個臨界穩定的系統，在誤差源激勵下，系統輸出的導航信息中會產生振蕩的誤差。對于長航時慣導系統，減小振蕩誤差的有效方法是在慣導系統中引入阻尼。但阻尼的引入會破壞慣導系統原有的舒拉調諧條件，使得載體在機動運行時，系統輸出產生誤差。為了解決這一問題，慣導系統需要在無阻尼和阻尼狀態間進行切換：當載體處于非機動運行時，慣導系統工作在阻尼狀態，減小振蕩誤差帶來的影響；當載體處于機動運行時，慣導系統工作在無阻尼狀態，減小機動帶來的誤差。傳統方法的切換規則是對加速度設定一個閾值，根據加速度相對閾值的大小來進行切換。這種方法可能會使慣導系統在閾值附近出現頻繁切換的現象，從而影響系統性能。為了減小切換時產生的超調，傳統方法僅通過設計不同的阻尼網絡或對誤差進行補償來改善性能，超調衰減時間長，定位精度提升小。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于切換控制的長航時慣性導航系統阻尼切換方法，能夠有效減小慣性導航系統在阻尼切換時的超調量，提高了慣性導航系統的導航定位精度。

本發明的基于切換控制的長航時慣性導航系統阻尼切換方法，包括如下步驟：

步驟1，建立考慮阻尼狀態和非阻尼狀態的慣性導航系統的數學模型為：

其中，σ(t)是阻尼狀態與無阻尼狀態的切換律，σ(t)＝1代表阻尼狀態，σ(t)＝2代表無阻尼狀態，t₀是初始時間，x₀是初始狀態，t是時間；A_σ(t)(t)為慣性導航系統的系統矩陣，A_σ(t)(t)＝{A₁(t),A₂(t)}，A₁(t)為阻尼狀態系統矩陣，A₂(t)為無阻尼狀態系統矩陣；B_σ(t)(t)為慣性導航系統的輸入矩陣，B_σ(t)(t)＝{B₁(t),B₂(t)}，B₁(t)為阻尼狀態系統輸入矩陣，B₂(t)為無阻尼狀態系統輸入矩陣；C_σ(t)(t)是慣性導航系統輸出矩陣，C_σ(t)(t)＝{C₁(t),C₂(t)}，C₁(t)為阻尼狀態系統輸出矩陣，C₂(t)為無阻尼狀態系統輸出矩陣；x(t)為慣性導航系統的系統狀態；Dw為慣性導航系統的系統干擾矩陣；