[发明专利]一种四轴惯性稳定平台系统的伺服回路解耦方法

说明书

技术领域

本发明涉及惯性测量技术领域，特别涉及一种四轴惯性稳定平台系统的 伺服回路解耦方法，主要用于航空、航天领域的全姿态高精度导航。

背景技术

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、内框架和外框架的基础上增加了随动框架，随动框架 处于平台外框架和基座之间。

传统的解决方法如下：随动回路信号来自于内框架角，采用正割分解器 进行增益补偿。但该方法的缺点是在外框架角为90°时，存在奇异值。参见 文献“四轴平台伺服系统建模研究，中国惯性技术学报Vol.10，No.5，2002 年10月”，以及“四轴平台随动系统的模型分析与设计，导航与控制，2014 年第4期”。

目前，解决该问题的办法主要为：在外框架角为90°时采用框架锁定， 一旦通过该角度值则又恢复成原随动方案。参见文献“四轴平台外框架角± 90°时运动特性仿真分析，导航与控制，2009年第2期”。但该方法的缺 点是，在外框架角一直保持90°时，则四轴平台退化为三轴平台，仍然存在 “框架锁定”现象，不能实现载体运动的全姿态功能。

总之，上述方法存在着以条件判断来克服奇异值的缺点，为此，需要研 究一种无奇异值、不受轨迹限制的解耦方法。

下面介绍目前现有技术的研究情况：

首先，四轴惯性稳定平台系统的五个本体坐标系的定义如图1所示，从中可以看出各本体坐标系之间关系。在图1中，设为内框架相对台体的相对角速度，为外框架相对内框架的相对角速度，为为基座(箭体)相对外框架的相对角速度，为基座(箭体)相对随动框架的相对角速度。

设为台体(包括陀螺仪壳体)对X_p、Y_p、Z_p轴的转动惯量；为内框架对X_p1、Y_p1、Z_p1轴的转动惯量；为外框架对X_p2、Y_p2、Z_p2轴的转动惯量；为随动框架对X_p3、Y_p3、Z_p3轴的转动惯量。定义为折合到台体轴X_p的转动惯量，为折合到台体轴Y_p的转动惯量；J_xy、J_yx、J_xz、J_yz为框架系统的等效惯量积。其中：