[發明專利]一種五軸慣性穩定平臺系統外框架鎖零方法

有效

• 申請號: 201910019404.8
• 申請日: 2019-01-09
• 公開（公告）號: CN109752026B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 魏宗康
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C21/18
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 胡健男

本發明提供了一種五軸慣性穩定平臺系統外框架鎖零方法，以正交安裝于平臺臺體的3個陀螺儀輸出角速率內框架角速度和外框架角速度等5個變量作為解耦環節的輸入信息，通過信息融合后輸出5個分別作用到臺體軸、內環軸、外環軸、內隨動框架軸和外隨動框架軸的軸端力矩電機。本發明首次給出了五軸平臺在內隨動框架角為90°時的外框架鎖零方法，以及各框架角在穩定時的值，實現了平臺臺體相對于慣性空間的穩定。

技術領域

本發明涉及慣性測量技術領域，特別涉及一種五軸慣性穩定平臺系統外框架鎖零方法，主要用于航空、航天領域的全姿態高精度導航。

背景技術

由于三軸慣性平臺系統存在“框架鎖定”現象，難以滿足載體大機動運動的要求，引起“框架鎖定”的主要原因是內框架角工作于非零狀態，特別是內框架角為90°時引起三個電機的力矩處于一個平面，從而導致平臺臺體中垂直于該平面的矢量方向缺少克服載體運動的能力，會引起平臺臺體相對慣性空間不能穩定。因此，產生了四軸慣性穩定平臺系統。

四軸慣性平臺系統相對三軸慣性平臺系統，在臺體、內框架和外框架的基礎上增加了隨動框架，隨動框架處于平臺外框架和基座之間。隨動回路信號來自于內框架角，采用正割分解器進行增益補償，其核心是使內框架角工作于0°。但有一個特殊情況，不能保證內框架角β_yk＝0。當β_xk＝90°時，如圖3所示，隨動回路將不具備使內框架角β_yk＝0的功能，此時，如果基座帶動隨動框架和外框架一起繞內框架軸轉動時，則內框架角將不為0。進一步，如果內框架上面有限位檔釘，則會帶動臺體轉動，從而引起臺體相對慣性空間轉動。

因此，考慮在四軸慣性平臺的基礎上再增加一個框架，使得外框架角也始終工作于0，構成五軸慣性平臺。定義新增加的框架為外隨動框架，而四軸平臺的隨動框架在五軸平臺中被定義為內隨動框架。下面舉例介紹五軸慣性穩定平臺隨動回路工作的原理。

首先，五軸慣性穩定平臺系統的六個本體坐標系定義如圖1所示，從中可以看出各本體坐標系之間關系。在圖1中，設β_zk為內框架相對臺體的相對角度，β_yk為外框架相對內框架的相對角度，β_xk為內隨動框架相對外框架的相對角度，β_yk′為外隨動框架相對內隨動框架的相對角度，β_xk′為基座(箭體)相對外隨動框架的相對角度。

在β_zk＝0、β_yk＝0、β_xk＝0、β_yk′＝0、β_xk′＝0時，包含臺體、內框架、外框架、內隨動框架、外隨動框架和基座的平臺結構如圖2所示。此時，平臺框架可以隔離基座的角運動，臺體相對慣性空間穩定，且可保證內框架角β_yk＝0、β_xk＝0。在內隨動回路不工作時，如果基座OX₁軸上存在角速度ω_x1，基座會帶動隨動框架、外框架繞內框架軸轉動，使得轉動角度β_yk不為0。而在內隨動回路工作時，以β_yk作為控制器的輸入量，作用到隨動軸電機以克服角速度ω_x1，實現了內框架角β_yk＝0。同理，外隨動回路的作用是保證外框架角β_xk＝0。

但有一個特殊情況，不能保證外框架角β_xk＝0。當β_yk′＝90°時，如圖3所示，外隨動回路將不具備使外框架角β_xk＝0的功能，此時，如果基座帶動外隨動框架和內隨動框架一起繞外框架軸轉動時，則外框架角將不為0。

為此，需要研究一種使五軸慣性穩定平臺系統外框架角度β_xk始終為0的解耦方法。

發明內容