一种四轴惯性稳定平台伺服回路离散变结构控制方法与流程

本发明涉及一种四轴惯性稳定平台伺服回路离散变结构控制方法，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。

3、载体运动时，会使内框架角度和中框架角度处于不同的区间，采用分区控制时存在不同控制信号间的切换，即使采用迟滞继电特性的切换条件，但在切换时刻也会引起台体的瞬时抖动，导致平台台体相对空间有晃动。

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，解决了台体相对惯性空间的高精度保持能力问题。

2、本发明目的通过以下技术方案予以实现：

3、一种四轴惯性稳定平台伺服回路混合式离散变结构控制方法，包括：

4、(1)、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、(2)、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和角速度内框架绕台体本体坐标系的zp轴转动的角度βzk和角速度

6、(3)、计算台体、内框架、中框架和外框架的转动角速度，过程如下：

7、(3.1)设置门限角度βf的值；

8、(3.2)当βxk、βyk满足条件|cosβxk|≥|sinβxkcosβyk|且|cosβxk||≥sinβyk|，或|sinβyk|＞|cosβxk|且|sinβyk|≥|sinβxkcosβyk|且|sinβxk|＜|sinβf|时，具体计算公式如下：

9、

10、

11、

12、

13、(3.3)当βxk、βyk不满足(3.2)的条件，而满足条件|sinβxkcosβyk|≥|sinβyk|时，具体计算公式如下：

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15、

16、

17、

18、(3.4)当βxk、βyk不满足(3.2)和(3.3)的条件时，具体计算公式如下：

19、

20、

21、

22、

23、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。

24、一种四轴惯性稳定平台伺服回路组合半稳定式分区离散变结构控制方法，包括：

25、(1)、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

26、(2)、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和角速度内框架绕台体本体坐标系的zp轴转动的角度βzk和角速度

27、(3)、计算台体、内框架、中框架和外框架的转动角速度，过程如下：

28、(3.1)设置门限角度βf的值；

29、(3.2)当βxk、βyk满足条件|cosβxk|≥|sinβxkcosβyk|且|cosβxk|≥|sinβyk|，或|sinβyk|＞|cosβxk|且|sinβyk|≥|sinβxkcosβyk|且|sinβxk|＜|sinβf|时，具体计算公式如下：

30、

31、

32、

33、

34、(3.3)当βxk、βyk不满足(3.2)的条件时，具体计算公式如下：

35、

36、

37、

38、

39、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。

40、一种四轴惯性稳定平台伺服回路协同半稳定式分区离散变结构控制方法，包括：

41、(1)、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

42、(2)、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和角速度内框架绕台体本体坐标系的zp轴转动的角度βzk和角速度

43、(3)、计算台体、内框架、中框架和外框架的转动角速度，过程如下：

44、(3.1)设置门限角度βf的值；

45、(3.2)当βxk、βyk满足条件|secβxksecβyk|≤|cscβxk|，或|secβxksecβyk|＞|cscβxk|且|sinβxk|＜|sinβf|时，具体计算公式如下：

46、

47、

48、

49、

50、(3.3)当βxk、βyk不满足(3.2)的条件时，具体计算公式如下：

51、

52、

53、

54、

55、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。

56、一种四轴惯性稳定平台伺服回路锁定式分区离散变结构控制方法，包括：

57、(1)、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

58、(2)、测量基座绕外框架本体坐标系的yp3轴转动的角度βyk′和角速度外框架绕中框架本体坐标系的xp2轴转动的角度βxk和角速度中框架绕内框架本体坐标系的yp1轴转动的角度βyk和角速度内框架绕台体本体坐标系的zp轴转动的角度βzk；

59、(3)、计算台体、内框架、中框架和外框架的转动角速度，过程如下：

60、(3.1)设置门限角度βf的值；

61、(3.2)当βxk、βyk满足条件且|sinβxk|≥|sinβf|时，具体计算公式如下：

62、

63、

64、

65、

66、(3.3)当βxk、βyk满足条件且|sinβxk|≥|sin46.457°|时，具体计算公式如下：

67、

68、

69、

70、

71、(3.4)当βxk、βyk不满足(3.2)和(3.3)的条件时，具体计算公式如下：

72、

73、

74、

75、

76、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。