[发明专利]海洋航空重力测量平台自适应控制与容错保护系统及方法

摘要

本发明公开了一种海洋航空重力测量平台自适应控制与容错保护系统，包括上位机、数字信号处理器、第一功率放大器、第二功率放大器、俯仰轴力矩电机、横滚轴力矩电机和重力测量平台，重力测量平台包括外层框架、内层框架、平台面板、惯性测量单元，上位机连接数字信号处理器，数字信号处理器的俯仰电机控制信号输出端连接俯仰轴力矩电机的控制信号输入端，数字信号处理器的横滚电机控制信号输出端连接横滚轴力矩电机的控制信号输入端，惯性测量单元的信号输出端连接上位机和数字信号处理器的惯性信号输入端。本发明操作简单，可靠性高，平台控制过程的平稳性好。

主权项

一种利用海洋航空重力测量平台自适应控制与容错保护系统进行海洋航空重力测量平台自适应控制与容错保护的方法，所述海洋航空重力测量平台自适应控制与容错保护系统包括上位机(1)、数字信号处理器(2)、第一功率放大器(3)、第二功率放大器(4)、俯仰轴力矩电机(5)、横滚轴力矩电机(6)和重力测量平台(7)，其中，所述重力测量平台(7)包括外层框架(7.1)、在横滚轴力矩电机(6)的驱动下能在外层框架(7.1)内转动的内层框架(7.2)、在俯仰轴力矩电机(5)的驱动下能在内层框架(7.2)内转动的平台面板(7.3)、固定在平台面板(7.3)上的惯性测量单元(10)，固定在平台面板(7.3)上的重力传感器(13)，所述上位机(1)的通信端连接数字信号处理器(2)的通信端，数字信号处理器(2)的俯仰电机控制信号输出端通过第一功率放大器(3)连接俯仰轴力矩电机(5)的控制信号输入端，数字信号处理器(2)的横滚电机控制信号输出端通过第二功率放大器(4)连接横滚轴力矩电机(6)的控制信号输入端，所述惯性测量单元(10)的信号输出端分别连接上位机(1)和数字信号处理器(2)的惯性信号输入端；其特征在于：进行海洋航空重力测量平台自适应控制与容错保护的方法，包括如下步骤：步骤1：将海洋航空重力测量平台自适应控制与容错保护系统设置在船舶或飞行器上，船舶或飞行器在准静态状态下，将上述海洋航空重力测量平台自适应控制与容错保护系统开机，惯性测量单元(10)对重力测量平台(7)进行初始对准，数字信号处理器(2)开始初始化处理；步骤2：数字信号处理器(2)初始化完毕后，数字信号处理器(2)进入延时程序，数字信号处理器(2)的俯仰电机控制信号输出端和横滚电机控制信号输出端输出置0，等待惯性测量单元(10)对准完毕；步骤3：惯性测量单元(10)初始对准完毕后，数字信号处理器(2)接收惯性测量单元(10)输出的重力测量平台姿态角、角速率和协调世界时信息，并进行解析；步骤4：数字信号处理器(2)根据惯性测量单元(10)提供的重力测量平台导航信息中的姿态角和角速率数据，判断重力测量平台(7)是否满足开机条件，如果重力测量平台导航信息中的姿态角＞25°或角速度＞6°/s，则重力测量平台(7)不满足开机条件，如果重力测量平台导航信息中的姿态角≤25°且角速度≤6°/s，则重力测量平台(7)满足开机条件；步骤5：若重力测量平台(7)满足开机条件，数字信号处理器(2)根据惯性测量单元(10)提供重力测量平台导航信息中的姿态角、角速率数据，匹配相应的比例、积分、微分控制参数，执行比例、积分、微分控制算法生成并输出对应的控制量，俯仰轴力矩电机(5)和横滚轴力矩电机(6)在上述控制量的伺服控制下驱动重力测量平台(7)转动，比例、积分、微分控制参数的具体匹配方式为：当平台俯仰角θ＞20°或平台横滚角γ＞20°时，数字信号处理器(2)使用预设的第一套比例、积分、微分控制参数；当平台俯仰角1°＜θ≤20°且平台横滚角1°＜γ≤20°时，数字信号处理器(2)使用预设的第二套比例、积分、微分控制参数；当平台俯仰角θ≤1°且平台横滚角γ≤1°，同时俯仰角速度ωx＜4°/s且横滚角速率ωy＜4°/s时，数字信号处理器(2)使用预设的第三套比例、积分、微分控制参数；重力测量平台(7)的比例、积分、微分参数将根据重力测量平台(7)状态实现自动切换，当重力测量平台(7)参数逐渐切换至预设的第三套比例、积分、微分参数，则重力测量平台启动过程结束；若重力测量平台(7)不满足开机条件，则等待，直到满足上述开机条件；步骤6：重力测量平台(7)启动后在上述预设的第三套比例、积分、微分控制参数控制下运行，追踪当地地理水平面，为重力测量平台上的重力传感器提供水平基准；船舶或飞行器可以启动进行动态重力测量。