[发明专利]一种用于混合式惯性导航系统的物理平台

说明书

本发明公开了一种用于混合式惯性导航系统的物理平台。该物理平台采用全数字控制，平台结构得到极大简化，框架上只剩下电机、导电滑环和光栅。混合式惯导系统要求物理平台同时实现“锁定、稳定、稳定+旋转”三种工作模式，本发明重点针对混合式惯导系统所特有的稳定+旋转工作模式，设计了相应的控制算法，实验证明，采用该控制方法能够达到较高的控制精度，本发明所设计的物理平台能满足混合式惯导系统的使用要求。

技术领域

本发明涉及一种用于混合式惯性导航系统的物理平台，主要适用于混合式惯性导航系统的平台设计和控制，属于惯性导航领域。

背景技术

混合式惯导系统是一种集平台式惯导系统结构、捷联式惯导系统算法和旋转式惯导系统误差抑制技术于一体的惯导系统，将基于全数字控制的“物理平台”与基于捷联姿态计算的“数学平台”进行有机结合是混合式惯导系统的首要特征。

在传统的平台式惯导系统中，物理平台隔离载体角运动的功能主要是靠模拟的机电部件(如方位轴上的正割分解器、坐标转换器等)先对测量信息进行坐标变换，然后由模拟控制电路完成一系列信息处理，包括解调，校正，形成脉冲调宽，转台切换等。由此带来了平台上机电部件和模拟电路数量多，平台结构复杂等问题。而混合式惯导系统的物理平台采用全数字控制，框架上只包括电机、导电滑环和光栅。这大大简化了平台结构，降低了系统的体积重量，提高了系统可靠性。

在物理平台的功能和工作模式方面，混合式惯导系统不仅要像平台式惯导系统一样实现稳定功能，隔离载体的角运动，而且还需要同时实现旋转的功能，从而使惯性器件的旋转相对于地理系进行，实现更优的误差调制效果。因此，混合式惯导系统的物理平台需包括“锁定、稳定、稳定+旋转”三种工作模式，特别是稳定+旋转的工作模式是因混合式惯性导航系统技术途径而产生的新需求，也是它与平台式惯导和旋转式惯导在平台控制上的最大区别。

发明内容

本发明针对混合式惯导系统的使用要求，提出了一种用于混合式惯性导航系统的物理平台。在使用全数字控制后，平台结构得到极大简化，本发明给出了全数字物理平台的结构设计方案。对于混合式惯导系统的三种工作模式，尤其是稳定+旋转模式，本发明设计了相应的控制指令算法，并且达到了较高的控制精度，可满足混合式惯导系统的使用要求。

本发明采用的技术解决方案为：一种用于混合式惯导系统的物理平台，混合式惯导系统的物理平台采用全数字控制，框架上只包括电机、导电滑环和光栅，其中，电机采用直流无刷电机，导电滑环采用封闭式滑环，框架轴上的角度传感器采用绝对式光栅，采用全数字控制，混合式惯导系统可以实现“锁定、稳定、稳定+旋转”三种工作模式。

其中，采用全数字控制，省去了传统平台中的正割分解器和相关的模拟电路，所有数据的转换都在计算机中完成，计算得到的控制信号经过功放直接驱动电机，大大简化了系统结构，提高了系统可靠性。

其中，所述的三种工作模式，

(1)、锁定模式：此工作模式下，平台以框架上的光栅作为控制回路的反馈元件，实现闭环电锁定功能；

(2)、稳定模式：此工作模式下，平台以陀螺作为控制回路的反馈元件，实现隔离载体角运动功能；

(3)、稳定+旋转模式：此工作模式下，平台以陀螺作为控制回路的反馈元件，根据相应算法计算控制指令，从而实现平台绕地理系的旋转调制。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)、本发明的物理平台采用全数字控制后，陀螺输出信号直接进入计算机，计算机输出的调宽信号经功放后驱动电机，省去了传统平台中的正割分解器和相关的模拟电路，结构得到极大简化，框架上只剩下电机，导电滑环和光栅。电机采用直流无刷电机，可避免有刷电机电刷易磨损、打火等问题；导电滑环采用封闭式滑环，IMU数据采用总线形式打包传输，大大减少了滑环环数，提高系统可靠性；框架上的轴角传感器采用高精度光栅，从而保证系统电锁定、高精度姿态输出和高精度自标定的功能需求。