一种使平台台体相对惯性空间稳定的解耦方法与流程

本发明涉及一种使平台台体相对惯性空间稳定的解耦方法，属于惯性测量。

背景技术：

1、由于三轴惯性平台系统存在“框架锁定”现象，难以满足载体大机动运动的要求，因此，产生了四轴惯性平台系统。四轴惯性平台系统相对三轴惯性平台系统，在台体、内框架和中框架的基础上增加了外框架，外框架处于平台中框架和基座之间。

2、为了使平台台体相对惯性空间稳定，传统的解决方法如下：伺服回路根据内框架角度βyk和中框架角度βxk所处区间采用不同的解耦器，参见文献“四轴陀螺稳定平台的变结构分区控制，清华大学学报vol.50,no.7,2010”。之所以采用分区控制，是因为依据3个陀螺仪输出与任意一个框架角联合控制四个轴端电机时都存在使电机驱动力矩为无穷大的区域，存在使控制失效的可能。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，在不需要划分区间的情况下解决了伺服回路的解耦问题。

2、本发明目的通过以下技术方案予以实现：

3、一种使平台台体相对惯性空间稳定的解耦方法，所述平台为四轴惯性稳定平台，解耦方法包括：

4、根据台体上安装的陀螺仪输出的角速度，得到台体在xp轴、yp轴和zp轴上的角速度分量

5、测量外框架绕中框架本体坐标系的xp2轴转动的角度βxk、中框架绕内框架本体坐标系的yp1轴转动的角度βyk、内框架绕台体本体坐标系的zp轴转动的角度βzk；

6、确定台体、内框架、中框架和外框架的合成转动角速度，具体计算公式如下：

7、

8、

9、

10、

11、其中，ωz为台体zp轴的合成转动角速度；ωy为内框架yp1轴的合成转动角速度；ωx为中框架xp2轴的合成转动角速度；ωyk′为外框架yp3轴的合成转动角速度；

12、四轴惯性稳定平台伺服回路输出能量以所有合成转动角速度的平方和表示。

13、本发明一实施例中，该解耦方法输出的能量最小。

14、本发明一实施例中，中框架xp2轴的合成转动角速度和外框架yp3轴的合成转动角速度存在奇异值。

15、本发明一实施例中，奇异值的条件为cos2βxksin2βyk＝1。

16、本发明一实施例中，奇异值的点包括以下四个点(βyk，βxk)＝(90°，0°)、(90°，180°)、(270°，0°)、(270°，180°)。

17、一种采用所述解耦方法的四轴惯性稳定平台系统，该四轴稳定平台系统包括基座、外框架、中框架、内框架和台体，台体安装在内框架上，内框架安装在中框架上，中框架安装在外框架上，外框架安装在基座上。

18、本发明一实施例中，基座、外框架、中框架、内框架和台体，对应的本体坐标系分别为基座本体坐标系x1y1z1、外框架坐标系xp3yp3zp3、中框架本体坐标系xp2yp2zp2、内框架本体坐标系xp1yp1zp1和台体本体坐标系xpypzp；

19、台体本体坐标系的zp轴与内框架本体坐标系的zp1轴重合，中框架的本体坐标系的yp2轴与内框架本体坐标系的yp1轴重合，外框架本体坐标系的xp3轴与中框架本体坐标系的xp2轴重合，基座本体坐标系的x1轴与随动框架本体坐标系的y轴重合。其中，基座与载体固连，在所述稳定平台系统在载体带动下发生内部相对转动时：基座绕外框架本体坐标系的yp3轴转动且转动角度为βyk′；外框架绕中框架本体坐标系的xp2轴转动且转动角度为βxk；中框架绕内框架本体坐标系的yp1轴转动且转动角度为βyk，内框架绕台体本体坐标系的zp轴转动且转动角度为βzk。

20、本发明一实施例中，通过如下方法测量得到四轴惯性稳定平台系统内部相对转动角度：

21、在外框架的xp2轴上安装角度传感器，测量得到外框架绕中框架本体坐标系的xp2轴转动的角度βxk；在内框架的yp1轴上安装角度传感器，测量得到中框架绕内框架本体坐标系的yp1轴转动的角度βyk；在台体zp轴上安装传感器测量内框架绕台体本体坐标系的zp轴转动的角度βzk。

22、本发明一实施例中，βzk、βyk′的取值范围为-180～180°；βyk的取值范围为-90～270°；βxk的取值范围为-180～180°，且剔除cos2βxksin2βyk＝1的角度。

23、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在由处理器加载并运行时，使所述处理器执行上述解耦方法。

24、本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

25、(1)采用本发明给出的伺服回路输出能量最小解耦方法只有一种表达形式，相对于变结构分区控制在不同区间有不同的表达式，本发明的解耦方法具有结构简单、适应能力强的特点，有利于物理实现或数学编程。

26、(2)采用本发明方法具有使台体稳定前提下输出能量最小的特点，有利于节约控制能量。

27、(3)本发明所述方法，相对于变结构分区控制具有不需区间控制信号切换的特点，避免了变结构分区控制过程中由切换引起的台体抖动问题，有利于实现平台台体相对惯性空间的稳定，具有高精度的特点。

技术特征：

1.一种使平台台体相对惯性空间稳定的解耦方法，其特征在于，所述平台为四轴惯性稳定平台，解耦方法包括：

2.根据权利要求1所述的解耦方法，其特征在于，该解耦方法输出的能量最小。

3.根据权利要求1所述的解耦方法，其特征在于，中框架xp2轴的合成转动角速度和外框架yp3轴的合成转动角速度存在奇异值。

4.根据权利要求3所述的解耦方法，其特征在于，奇异值的条件为cos2βxksin2βyk＝1。

5.根据权利要求3所述的解耦方法，其特征在于，奇异值的点包括以下四个点(βyk，βxk)＝(90°，0°)、(90°，180°)、(270°，0°)、(270°，180°)。

6.一种采用权利要求1至5中任一项所述解耦方法的四轴惯性稳定平台系统，其特征在于，该四轴稳定平台系统包括基座、外框架、中框架、内框架和台体，台体安装在内框架上，内框架安装在中框架上，中框架安装在外框架上，外框架安装在基座上。

7.根据权利要求6所述的四轴惯性稳定平台系统，其特征在于，基座、外框架、中框架、内框架和台体，对应的本体坐标系分别为基座本体坐标系x1y1z1、外框架坐标系xp3yp3zp3、中框架本体坐标系xp2yp2zp2、内框架本体坐标系xp1yp1zp1和台体本体坐标系xpypzp；

8.根据权利要求6所述的四轴惯性稳定平台系统，其特征在于，通过如下方法测量得到四轴惯性稳定平台系统内部相对转动角度：

9.根据权利要求6所述的四轴惯性稳定平台系统，其特征在于，βzk、βyk′的取值范围为-180～180°；βyk的取值范围为-90～270°；βxk的取值范围为-180～180°，且剔除cos2βxksin2βyk＝1的角度。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在由处理器加载并运行时，使所述处理器执行如权利要求1至5中任一项所述的方法。

技术总结
一种使平台台体相对惯性空间稳定的解耦方法，包括：根据台体上安装的陀螺仪输出的角速度，得到台体在X<subgt;p</subgt;轴、Y<subgt;p</subgt;轴和Z<subgt;p</subgt;轴上的角速度分量和获取四轴惯性稳定平台系统的内部相对转动的角度和角速度；根据角速度分量和以及内部相对转动的角度，分别计算得到台体在Z<subgt;p</subgt;轴的合成转动角速度ω<subgt;z</subgt;、内框架在Y<subgt;p1</subgt;轴的合成转动角速度ω<subgt;y</subgt;、中框架在X<subgt;p2</subgt;轴的合成转动角速度ω<subgt;x</subgt;和外框架在Y<subgt;p3</subgt;轴的合成转动角速度ω<subgt;yk′</subgt;。本发明可以在平台台体相对惯性空间稳定的情况下，具有输出能量最小的特点。

技术研发人员：魏宗康
受保护的技术使用者：北京航天控制仪器研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14