[發(fā)明專利]一種三軸穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)框架自解鎖方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811252608.8
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN109540134B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏宗康;段宇鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G01C21/20
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 胡健男

本發(fā)明公開了一種三軸穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)框架自解鎖方法及系統(tǒng)，以正交安裝于平臺(tái)臺(tái)體的3個(gè)陀螺儀輸出角速率等3個(gè)變量作為解耦環(huán)節(jié)的輸入信息，通過信息融合后輸出3個(gè)分別作用到臺(tái)體軸、內(nèi)環(huán)軸和外環(huán)軸的軸端力矩電機(jī)。本發(fā)明首次給出了三軸平臺(tái)在“框架鎖定”時(shí)的解鎖方法，以及解鎖后的框架角，實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)臺(tái)體相對于慣性空間的穩(wěn)定。本發(fā)明給出了在奇異點(diǎn)處的框架角穩(wěn)態(tài)值，確保了系統(tǒng)仍然穩(wěn)定而不發(fā)散，該方法實(shí)現(xiàn)了三軸平臺(tái)在“框架鎖定”時(shí)的快速解耦和框架狀態(tài)切換，可有效隔離載體的角運(yùn)動(dòng)，提高了平臺(tái)臺(tái)體相對慣性空間穩(wěn)定的全姿態(tài)適應(yīng)能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三軸穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)框架自解鎖方法及系統(tǒng)，尤其涉及三軸平臺(tái)系統(tǒng)的伺服回路多變量解耦方法及系統(tǒng)，主要用于實(shí)現(xiàn)全姿態(tài)高精度導(dǎo)航的航空、航天領(lǐng)域。

背景技術(shù)

三軸穩(wěn)定平臺(tái)已廣泛地用于機(jī)動(dòng)姿態(tài)有限的載體上，即用于在飛行中不會(huì)同時(shí)繞兩個(gè)軸出現(xiàn)大姿態(tài)角的載體中。但有時(shí)由于運(yùn)載火箭和彈道式導(dǎo)彈要做機(jī)動(dòng)變軌飛行；特別是戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、衛(wèi)星以及許多軍用飛機(jī)需要在全姿態(tài)、大機(jī)動(dòng)狀態(tài)下工作。在這樣條件下，要求平臺(tái)臺(tái)體仍能保持穩(wěn)定。

由于三軸穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)存在“框架鎖定”現(xiàn)象，即內(nèi)框架和外框架在一個(gè)平面內(nèi)，此時(shí)，臺(tái)體軸、內(nèi)框架軸和外框架軸也同時(shí)在一個(gè)平面內(nèi)，從而使平臺(tái)失去一個(gè)自由度。另一方面，原來用于控制外框架軸的陀螺儀不能感受到外框架軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而失去了對外框架軸的控制作用。

下面舉例介紹“框架鎖定”發(fā)生時(shí)的具體情況。

首先，三軸慣性平臺(tái)系統(tǒng)的坐標(biāo)系定義如圖1所示，描述了三軸平臺(tái)各框架坐標(biāo)系之間關(guān)系的示意圖。在圖1中，設(shè)β_zk為內(nèi)框架相對臺(tái)體的相對角度，β_yk為外框架相對內(nèi)框架的相對角度，β_xk為為基座(箭體)相對外框架的相對角度。

在β_zk＝0、β_yk＝0、β_xk＝0時(shí)，包含臺(tái)體、內(nèi)框架、外框架和基座的平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2所示。此時(shí)，平臺(tái)框架可以隔離基座的腳運(yùn)動(dòng)，臺(tái)體相對慣性空間穩(wěn)定。在基座OY₁軸上存在角速度ω_y1時(shí)，基座帶動(dòng)外框架繞外框架軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度為β_yk。當(dāng)β_yk＝90°時(shí)，外框架軸、內(nèi)框架軸和臺(tái)體軸三者在一個(gè)平面內(nèi)，三軸平臺(tái)“框架鎖定”，如圖3所示。此時(shí)，由于三軸平臺(tái)在垂直于該平面的OZ₁軸方向不能隔離角運(yùn)動(dòng)，當(dāng)ω_z1≠0時(shí)，則平臺(tái)臺(tái)體ω_xp≠0，意味著平臺(tái)臺(tái)體相對慣性空間發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，不能隔離載體的角運(yùn)動(dòng)。

為了消除在內(nèi)框架角為90°時(shí)穩(wěn)定回路的失控，避免框架系統(tǒng)得鎖定，目前，三軸穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)主要的解決措施是在內(nèi)框架增加擋釘，以限制內(nèi)框架角的運(yùn)動(dòng)范圍。比如，通過增加擋釘使內(nèi)框架角工作在±20°或±40°的范圍內(nèi)?，F(xiàn)有措施只能滿足機(jī)動(dòng)姿態(tài)有限的載體上，難以滿足載體大機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種三軸慣性平臺(tái)系統(tǒng)框架自解鎖方法及系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了三軸平臺(tái)在“框架鎖定”時(shí)的快速解耦和框架狀態(tài)切換，可有效隔離載體的角運(yùn)動(dòng)，提高了平臺(tái)臺(tái)體相對慣性空間穩(wěn)定的全姿態(tài)適應(yīng)能力。