基于maplesim的摆式积分陀螺加速度计的建模方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于MAPLESIM的摆式积分陀螺加速度计的建模方法。方法如下：从搭建好的MAPLESIM的元件库中依次选择所需元件，并对其属性进行设置；根据所要建模型的特征物理参数建立模型的参数表；连接元件，组建摆式积分陀螺加速度计模型；按照伺服回路设计方法设计伺服回路，并通过所建的PIGA模型对伺服回路中的参数进行调试，通过探针及3-D动画综合考察所建模型的性能以取得满意的性能；对调试完成的PIGA模型进行测试试验，提取模型的输出数据，并进行相应的数据处理，完成所建PIGA模型标定。本建模方法能够建立稳态精度高、响应速度快的PIGA模型；并可以形象直观地观察模型的仿真运行情况。
【专利说明】基于MAPLES IΜ的摆式积分陀螺加速度计的建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于MAPLESIM的摆式积分陀螺加速度计的建模方法。
【背景技术】
[0002] PIGA (Pendulous Integrat ing Gyro Accelerometer)即摆式积分陀螺加速度计 是惯性器件的一种，具有精度高、测量范围大、可自动积分等优异性能，其精度直接决定导 航精度，在惯性导航系统中起到越来越重要的作用。PIGA精度的提高可从两方面发展：一 方面不断改进和提高仪表设计及工艺技术，研制出高精度高稳定性的PIGA ;另一方面是对 仪表进行误差建模和测试方法的研究，提高标定精度，并采用相应的方法加以补偿和修正。 高精度PIGA的建模方法不仅可以快速发现、分析并解决PIGA设计中的问题，提高PIGA仪 表设计效率和质量；而且通过与测试设备模型的结合，对PIGA误差模型及测试方法的研究 与发展具有重要的指导意义。
[0003] 目前，PIGA的建模方法是基于MATLAB/SMULINK的，首先对PIGA数学模型进行 线性化处理与转化，然后再通过SMULINK模块以方框图的形式进行建模，模型复杂而不清 晰；此外，由于PIGA本身结构的复杂性，存在支撑结构、内外框架间的相互作用及坐标转 换、伺服回路的实现等问题，仅仅通过对数学模型简化处理无法完整描述其特性。因此，基 于MATLAB/SMULINK的PIGA建模方法存在建模过程复杂、模型精度差、动态描述不直观等 问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种基于MAPLESIM的摆式积分陀螺加速度计的建模方 法，建立稳态精度高、响应速度快、使用方便的PIGA模型，进而为PIGA的设计及测试方法研 究提供高质量的仿真模型和有价值的指导。
[0005] 本发明所采用的技术如下：一种基于MAPLESIM的摆式积分陀螺加速度计的建模 方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤一：从搭建好的MAPLESIM的元件库中依次选择所需元件，并对其属性进行设 置；
[0007] 步骤二：根据所要建模型的特征物理参数建立模型的参数表；
[0008] 步骤三：连接元件，组建摆式积分陀螺加速度计模型，该模型包括支架子系统、夕卜 环子系统、内环子系统、转子子系统，它们依次相邻并通过法兰元件连接，组成了摆式积分 陀螺加速度计的基本结构；
[0009] 步骤四：按照伺服回路设计方法依次设计外闭环回路和内闭环回路，并通过所建 的摆式积分陀螺加速度计模型对伺服回路中的参数进行调试，通过探针及3-D动画综合考 察所建模型的性能以取得满意的性能；
[0010] 步骤五：对调试完成的摆式积分陀螺加速度计模型进行测试试验，提取模型的输 出数据，并进行相应的数据处理，完成所建摆式积分陀螺加速度计模型标定。 toon] 本发明还具有如下技术特征：
[0012] 1.如上所述步骤三中外闭环回路设计采用超前校正控制器，其传递函数如式（1)
【权利要求】
1. 一种基于MAPLESIM的摆式积分陀螺加速度计的建模方法，其特征是，包括以下步 骤： 步骤一：从搭建好的MAPLESIM的元件库中依次选择所需元件，并对其属性进行设置； 步骤二：根据所要建模型的特征物理参数建立模型的参数表； 步骤三：连接元件，组建摆式积分陀螺加速度计模型，该模型包括支架子系统、外环子 系统、内环子系统、转子子系统，它们依次相邻并通过法兰元件连接，组成了摆式积分陀螺 加速度计的基本结构； 步骤四：按照伺服回路设计方法依次设计外闭环回路和内闭环回路，并通过所建的摆 式积分陀螺加速度计模型对伺服回路中的参数进行调试，通过探针及3-D动画综合考察所 建模型的性能以取得满意的性能； 步骤五：对调试完成的摆式积分陀螺加速度计模型进行测试试验，提取模型的输出数 据，并进行相应的数据处理，完成所建摆式积分陀螺加速度计模型标定。
2. 如权利要求1所述的一种基于MAPLESIM的摆式积分陀螺加速度计的建模方法，其特 征是，所述步骤三中外闭环回路设计采用超前校正控制器，其传递函数如式（1)所示：
(1) 上式中： G(s)_传递函数，零初始条件下线性系统输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯 变换之比。 τ -是时间常数， s-是复频域拉普拉斯变换因子， 因 ct > 1确保传递函数实现超前-滞后校正。
3. 如权利要求1所述的一种基于MAPLESIM的摆式积分陀螺加速度计的建模方法，其特 征是，所述步骤四中内闭环回路设计采用PID控制器，其传递函数如式（2)所示： (2) 上式中
K-PID校正控制器的比例系数， Ti-PID校正控制器的积分时间常数， Td_PID校正控制器的微分时间常数， s-是复频域拉普拉斯变换因子， u-PID校正控制器的输入变量， y-PID校正控制器的输出变量。
【文档编号】G06F19/00GK104156596SQ201410392822
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月5日 优先权日:2014年8月5日
【发明者】于志伟, 李力永, 曾鸣, 刘雨, 刘泽兴, 苏宝库 申请人:哈尔滨工业大学