[發明專利]一種陀螺自穩定控制方法

在審

• 申請號: 202010598437.5
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111796509A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 趙舒蕓;宋方;劉繼鋒;李方昊;丁海妮
• 申請（專利權）人: 西安方元明科技股份有限公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種陀螺自穩定控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

S1分析穩定平臺的結構和工作原理；

S2構建MEMS微機械陀螺模型,得出傳遞函數G_MEMS(s)；

S3構建直流力矩電機模型,得出傳遞函數G_S(s)；

S4構建PWM功放環節模型,得出傳遞函數G_PWM(s)；

S5綜合整理以上各環節的傳遞函數，得出穩定回路的開環傳遞函數G_p(s)、閉環傳遞函數Φ_b(s)；

S6分析原始系統時域性能；

S7搭建模型、調節參數、校正控制。

2.根據權利要求1所述的一種陀螺自穩定控制方法，其特征在于，所述步驟S1具體為：明確并分析穩定平臺的結構和工作原理，為MEMS陀螺、直流力矩電機框架、功率放大器等研究對象的建模奠定良好條件。

3.根據權利要求1所述的一種陀螺自穩定控制方法，其特征在于，所述步驟S2具體為：構建MEMS微機械陀螺模型，計算得出其傳遞函數G_MEMS(s)；

所述MEMS微機械陀螺在受到擾動時輸出相對應的角速度數據從測量到輸出數據的過程中并沒有經過放大環節，因此可以將MEMS陀螺傳遞函數等效為一個比例環節，即：

G_MEMS(s)＝K_g (1)

4.根據權利要求1所述的一種陀螺自穩定控制方法，其特征在于，所述步驟S3具體為：構建直流力矩電機模型,計算得出其傳遞函數G_S(s)；

具體按照公式(2)計算直流力矩電機的傳遞函數模型：

在(2)式中，T_e是直流力矩電機的電磁時間常數，表達式為：T_e＝L_a/R_a；

T_m是直流力矩電機的機電時間常數T_m＝R_aJ/C_mC_e，其中：

5.根據權利要求1所述的一種陀螺自穩定控制方法，其特征在于，所述步驟S4具體為：構建PWM功放環節模型,計算得出其傳遞函數G_PWM(s)；

根據PWM功放電路的工作方式能夠得到：其中τ＝n_cgT_clk＝n_c/f_clk

式中τ是PWM脈寬信號的脈寬，T_pwm是所述PWM脈寬信號的周期；V_p是功放環節的電壓。

T_clk是定時器輸入的周期，n_c是送入到計數器的值。

綜合可得功放環節的傳遞函數：

6.根據權利要求1所述的一種陀螺自穩定控制方法，其特征在于，所述步驟S5具體為：對整個穩定回路各環節的傳遞函數進行綜合整理，計算得出整個穩定回路的開環傳遞函數G_p(s)、閉環傳遞函數Φ_b(s)；

按照公式(4)可得穩定回路的開環傳遞函數G_p(s)，公式(5)可得穩定回路的閉環傳遞函數Φ_b(s)。

7.根據權利要求1所述的一種陀螺自穩定控制方法，其特征在于，所述步驟S6具體為：對原始系統穩定回路時域性能分析，并根據系統的Bod圖及單位階躍響應曲線，進而得出原始穩定回路數學模型的系統帶寬、相位裕度、穩態誤差、上升時間、超調量等參數。

8.根據權利要求1所述的一種陀螺自穩定控制方法，其特征在于，所述步驟S7具體為：依據步驟S1至S6所得，通過Simulink工具箱搭建雙軸穩定平臺穩定回路的仿真模型,之后再利用PID Tuner Controller工具箱對穩定平臺進行PID參數的調整，通過比例、積分、微分設定對被控對象進行校正控制。