平台式惯导系统稳定回路控制半实物仿真研究

发布时间：2020-08-23 13:25

【摘要】：现如今科技的不断发展及国际环境的日益多变对平台式惯导系统稳定回路提出了更高要求,不仅需要对其进一步提高精度而且需要缩短其产品研制周期。目前平台式惯导系统稳定回路的设计大多采用串行研究开发模式,存在因测试手段不够灵活、人机交互能力差等导致的研制效率低、周期长等问题。而快速控制原型半实物仿真因其能有效缩短产品研制周期已成为当下颇受欢迎的工程研发手段。因此,本文针对上述问题对平台式惯导系统稳定回路进行快速控制原型半实物仿真研究。文中首先在对某型平台式惯导系统稳定回路功能、组成及工作原理进行分析的基础上,建立了稳定回路模型,后针对模型设计了PI型模糊控制及超前滞后两种控制算法,仿真结果表明算法合理有效,能满足指标要求;然后重点设计了平台式惯导系统稳定回路快速控制原型半实物仿真系统,完成了基于cRIO(Compact RIO)仿真平台的平台式惯导系统稳定回路半实物仿真系统架构,其中包括cRIO仿真平台选型、系统接口梳理、cRIO仿真平台软硬件搭建、外围功率驱动电路的设计以及在Labview中进行的程序模块设计及调试;最后对本文所设计快速控制原型半实物仿真系统进行了开环和闭环系统实验以验证其功能,实验结果表明系统功能实现正常,本课题研究为下一步整个平台式惯导系统电气部分的半实物仿真奠定了基础。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ765.43
【图文】：

坐标变换图,内环,坐标系,角速度

(2.5)内环相对于台体的坐标变换如图2.3所示。图 2.3 内环相对台体坐标变换图图 2.3 中 XzZzYz为台体坐标系，ωxX，ωxZ，ωxY分别为内环坐标系下载体角速度引起的沿各轴的绝对分量，可得载体角速度由内环坐标系投影到台体坐标系下沿各轴角速度分量为：cos 0 sin cos sin0 1 0sin 0 cos sin coszxX x x xX xX x xY xzxZ xZ xZzxY x x xY xX x xY xω θ θ ω ω θ ω θω ω ωω θ θ ω ω θ ω θ = = + (2.6)设通过台体稳定回路作用使得台体轴Zz产生角速度ωθx

稳定回路,组成框图

环稳定回路作用而补偿的角速度θyω 及θbω 为：( )( )b bb b ycos sinsin cos tany bX bZb bX bZ bYθθω ω θ ω θω ω θ ω θ θ ω = + = + (2.9)而要使zZω 为0，则由式(2.8)及式(2.9)可得，由台体稳定回路作用后补偿的角速度θxω 为：( ) ( )b b y ysin cos cos sinθ x bX bZ θb bYω = ω θ + ω θ θ + ω +ω θ (2.10)当稳定回路作用产生的各框架轴转动角速度θbω 、θyω 及θxω 满足式(2.9)及(2.10)时，载体角运动就能被平台系统建立的环架结构隔离而使平台本体稳定在惯性空间，即建立起导航系。2.3 稳定回路组成及工作原理对稳定回路功能进行分析后下面对稳定回路组成及工作原理进行说明。平台系统的三个轴，台体轴、内环轴和外环轴在轴端干扰力矩的作用下保持稳定。这样，平台系统就有三条稳定回路，各条稳定回路的组成如图 2.4 所示。

示意图,稳定回路,工作原理,示意图

Cm为力矩电机常数，i通电导线中的电流。知在结构参数确定后，直流力矩电机输出力矩与控况中，在控制电流接近零附近一定范围而不等于零为零，即形成死区。引起这种现象的因素主要是电矩。这类有害力矩主要包括以下几个方面：机各磁极产生相应的磁场不对称导致的沿某极方向的刷与换向片之间摩擦引起的摩擦力矩；子齿槽部分的齿槽效应引起的阻尼力矩。力矩引起的死区无法被消除，只能被抑制，通常可减小电机电刷施加在换向片上的压力及增加齿的数目平台系统稳定回路各组成环节的分析可知，平台系框架的各个轴，即台体轴、内环轴、外环轴，而且架可以视为相互独立，因此本文后续以台体轴稳定行研究。轴)为研究对象，其对应稳定回路的工作原理示意图

【参考文献】