[發(fā)明專利]一種寬頻慣性基準(zhǔn)穩(wěn)定平臺(tái)的諧振點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810055461.7
• 申請(qǐng)日: 2018-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN108469269B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李醒飛;胡亞婷;紀(jì)越;拓衛(wèi)曉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C25/00
• 分類號(hào): G01C25/00;G01C21/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉子文

本發(fā)明公開了一種寬頻慣性基準(zhǔn)穩(wěn)定平臺(tái)的諧振點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，包括：信號(hào)發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集卡、DSP、音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、激光位移傳感器、激光位移傳感器控制器、PC、穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)；穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)包括MHD角速度傳感器、MEMS陀螺儀、激光載荷、柔性支撐結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定平臺(tái)、基座、線位移傳感器、音圈電機(jī)；該系統(tǒng)能夠?qū)σ羧﹄姍C(jī)在高頻激勵(lì)信號(hào)作用下的非線性遲滯特性進(jìn)行在線補(bǔ)償，完成對(duì)寬頻慣性基準(zhǔn)穩(wěn)定平臺(tái)各階諧振點(diǎn)的測(cè)試，為柔性支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空航天激光通信系統(tǒng)測(cè)試領(lǐng)域，具體為一種寬頻慣性基準(zhǔn)穩(wěn)定平臺(tái)的諧振點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)，可用于慣性基準(zhǔn)穩(wěn)定平臺(tái)諧振點(diǎn)的測(cè)試，特別適用于寬頻慣性基準(zhǔn)穩(wěn)定平臺(tái)的各階諧振點(diǎn)測(cè)試。

背景技術(shù)

寬頻慣性基準(zhǔn)穩(wěn)定平臺(tái)是由慣性傳感器等組成的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，可以為有效載荷實(shí)現(xiàn)目標(biāo)精確定位與跟蹤提供精確的載體坐標(biāo)系。在激光通信領(lǐng)域，當(dāng)有效載荷搭載于移動(dòng)載體，且目標(biāo)也處于動(dòng)態(tài)環(huán)境中時(shí)，寬頻慣性基準(zhǔn)穩(wěn)定平臺(tái)能夠在隔離載體振動(dòng)的同時(shí)，完成對(duì)載荷姿態(tài)指令的快速響應(yīng)，保證載荷視軸的指向精度。為有效隔離空間微角振動(dòng)的影響，應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的寬頻慣性基準(zhǔn)穩(wěn)定平臺(tái)所能隔離的角振動(dòng)范圍一般要大于300Hz。

為了實(shí)現(xiàn)寬頻慣性基準(zhǔn)穩(wěn)定平臺(tái)的寬頻帶，一般選用柔性支撐結(jié)構(gòu)作為穩(wěn)定平臺(tái)的支撐結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)在工作方向上的諧振頻率遠(yuǎn)小于工作帶寬，非工作方向上的諧振頻率遠(yuǎn)大于工作帶寬，降低穩(wěn)定平臺(tái)對(duì)工作方向驅(qū)動(dòng)力的要求，一般采用音圈電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)單元即可滿足驅(qū)動(dòng)力要求。

寬頻慣性基準(zhǔn)穩(wěn)定平臺(tái)的各階諧振頻率分布是影響穩(wěn)定平臺(tái)性能的關(guān)鍵因素，為保證穩(wěn)定平臺(tái)在閉環(huán)帶寬范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)應(yīng)能精確補(bǔ)償系統(tǒng)的一階諧振點(diǎn)，同時(shí)保證閉環(huán)帶寬小于2～3倍的系統(tǒng)高階諧振點(diǎn)，也即控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)受限于穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)各階諧振點(diǎn)的分布。而穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)的各階諧振點(diǎn)分布主要受柔性支撐結(jié)構(gòu)的影響，且柔性支撐結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中采用的靜剛度公式在非工作方向上理論剛度與實(shí)際剛度之間存在較大偏差，導(dǎo)致系統(tǒng)高階諧振點(diǎn)的理論值與實(shí)際值之間會(huì)有較大偏差。因此，為保證系統(tǒng)的實(shí)際高階諧振頻率點(diǎn)能滿足系統(tǒng)的閉環(huán)帶寬要求，需要對(duì)寬頻慣性基準(zhǔn)穩(wěn)定平臺(tái)的各階諧振點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，將測(cè)試的諧振點(diǎn)分布作為柔性支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)修正與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)，保證穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)在寬頻帶范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。

現(xiàn)有的諧振點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)多是在開環(huán)條件下，通過掃頻輸入得到系統(tǒng)的諧振點(diǎn)，采用這種方法測(cè)試寬頻慣性基準(zhǔn)穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)時(shí)，由于音圈電機(jī)在高頻輸入電壓作用下，其輸入電壓與輸出位移之間會(huì)呈現(xiàn)復(fù)雜的非線性遲滯關(guān)系，導(dǎo)致音圈電機(jī)出現(xiàn)抖動(dòng)，難以對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)進(jìn)行高階諧振點(diǎn)的開環(huán)測(cè)試。因此諧振點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于補(bǔ)償音圈電機(jī)的復(fù)雜非線性。

實(shí)用新型專利CN201611867U中提到了一種直線音圈電機(jī)非線性特性的智能補(bǔ)償控制系統(tǒng)，這種補(bǔ)償方式在學(xué)習(xí)過程中除需要進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自身權(quán)值修正外還需要間接修正遲滯模型參數(shù)，效率較低。2013年權(quán)利敏在碩士論文提到的對(duì)音圈電機(jī)的遲滯模型進(jìn)行建模，為一種離線辨識(shí)算法，當(dāng)輸入信號(hào)頻率變化時(shí)需要采集數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行重新學(xué)習(xí)，自適應(yīng)能力弱。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種寬頻慣性基準(zhǔn)穩(wěn)定平臺(tái)的諧振點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)σ羧﹄姍C(jī)在高頻激勵(lì)信號(hào)作用下的非線性遲滯特性進(jìn)行在線補(bǔ)償，完成對(duì)寬頻慣性基準(zhǔn)穩(wěn)定平臺(tái)各階諧振點(diǎn)的測(cè)試，為柔性支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種寬頻慣性基準(zhǔn)穩(wěn)定平臺(tái)的諧振點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，包括：信號(hào)發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集卡、DSP、音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、激光位移傳感器、激光位移傳感器控制器、PC、穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)；所述穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)包括MHD角速度傳感器、MEMS陀螺儀、激光載荷、柔性支撐結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定平臺(tái)、基座、線位移傳感器、音圈電機(jī)；