[发明专利]一种惯性稳定平台受迫振动的阻尼方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种惯性稳定平台受迫振动的阻尼方法，可用于阻尼具有显著谐振特性的惯性系统和陀螺仪器的受迫振动。

背景技术

现代化尖端科学技术要求陀螺仪器和系统不仅解决载体的定向和导航问题，并要求能够稳定一系列专用设备，即要使专用设备与运动载体的角运动隔离，于是在充分利用陀螺仪固有特性的基础上，结合自动控制技术制成各种陀螺稳定系统，其中惯性稳定平台即是陀螺稳定系统的一个典型范例。

惯性稳定平台主要是为了隔离载体的角运动，为载荷提供稳定的工作环境，通常来讲，惯性稳定平台的干扰力矩来源包括偏心力矩、摩擦力矩、电流引起的电磁干扰力矩、导线缠绕产生的拉伸干扰力矩等，当存在这些干扰作用时，需要设法对“稳定”对象，即惯性稳定平台进行受迫振动的阻尼，系统受迫振动的阻尼技术成为确保惯性稳定平台高精度正常工作的关键技术之一。

系统振动阻尼方法的研究受到国内各环境专业研究院所的高度重视，通常振动阻尼的解决方法是基于控制系统设计来实现的，如通过在控制系统设计中加入专门用于阻尼的功能模块，或提出一种阻尼振动的控制算法，从而解决系统的受迫振动的阻尼问题。这种通过算法设计实现振动阻尼功能的方法会带来控制系统设计复杂化和实现困难的问题。

减振器是阻尼系统振动的有效工具之一，特别在阻尼具有显著谐振特性的系统中作用明显，在多个领域获得广泛的应用。近年来，随着导航系统和陀螺仪器精度需求的越来越高，为利用减振器阻尼陀螺系统受迫振动技术提供了用武之地，因此，提出利用减振器阻尼惯性系统和陀螺仪器受迫振动的方法。基于减振器阻尼系统受迫振动的方法实质是构成“减振器+惯性稳定平台”系统，因此，系统的受迫振动阻尼任务完全由减振器来完成。需要强调的是，此种情况下，是将切断控制系统的惯性稳定平台作为研究对象，亦即控制系统不参与工作。

国外在这方面的研究起步早些，但因为涉及高精度惯性系统和陀螺仪器的核心关键技术，欧美国家在基于减振器阻尼惯性系统及仪器受迫振动方面的相关研究成果未见报道，俄罗斯在这方面的研究以莫斯科国立鲍曼技术大学为代表，该机构对被动式和半主动式减振方法在阻尼各种自动系统的受迫振动中进行了较为深入的研究，发表了相关文章，但数量很少。资料查找和调研发现，国内将减振器引入惯性系统和陀螺仪器中实现受迫振动的阻尼方法研究成果尚未见相关文章。

被动和半主动减振方法主要依靠其与减振对象间物理相连的惯性质量块即被动减振器提供的抗干扰力矩来实现系统受迫振动的阻尼，因此，为了达到较好的阻尼效果，就不可避免的会带来被动减振器在系统中的放置空间的限制问题；而被动减振器规格选择的限制，会带来系统减振带宽狭窄、动态特性提高不明显和稳态误差较大等缺陷。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术不足，提供一种惯性稳定平台受迫振动阻尼方法，通过引入主动反馈环节并优化计算减振器的参数，在被动减振器规格较小的情况下，达到提高惯性稳定平台动态特性、拓展系统振动的阻尼带宽、降低系统稳态误差的目的。

本发明的技术解决方案为：一种惯性稳定平台受迫振动的阻尼方法，具体步骤如下：

(1)减振器惯性质量块即被动减振器放置在惯性稳定平台的稳定轴上，角度传感器放置在被动减振器中，与放大器和力矩器组成主动反馈环节，被动减振器与主动反馈环节构成主动减振器，用以阻尼干扰引起的惯性稳定平台绕稳定轴的受迫振动；

(2)以惯性稳定平台为减振对象，确定其固有频率ω₀，估计干扰频率与惯性稳定平台固有频率的关系，当干扰作用的频率与惯性稳定平台固有频率相同或相近时，惯性稳定平台的受迫振荡最为明显；

(3)确定具有被动减振器的惯性稳定平台的阻尼放大系数χ，其表达式为被动减振器的转动惯量I与惯性稳定平台沿稳定通道的转动惯量A的比值χ＝I|A，其值与预估达到的阻尼效果相关；

(4)确定减振器主动反馈环节的放大系数k，主动反馈环节提供的转动惯量为I_主动＝k·I，减振器主、被动部分的总转动惯量为I+I_主动，具有主动减振器的惯性稳定平台的阻尼放大系数χ_K与具有被动减振器的惯性稳定平台阻尼放大系数χ的关系为χ_K＝(I+I_主动)/A＝(1+k)·χ；