[发明专利]一种解决三轴稳定系统各轴均接近水平面奇异问题的方法

摘要

本发明公开了一种解决三轴稳定系统各轴均接近水平面的奇异问题的方法，通过数学的方法，调控三轴的稳定，可确保三轴稳定系统各轴均接近水平面时台体不出现抖动或翻倒问题，保证台体上所承载对象不受损伤，奇异工作状态下，台体的俯仰和横滚仍能保持稳定，对于很多应用场合仍能得到可以接受的稳定效果。

主权项

1.一种解决三轴稳定系统各轴均接近水平面时工作异常问题的方法，其特征在于：根据内轴和外轴是否接近重合，将系统为正常状态和奇异两种工作状态，算法执行过程中，每个控制周期判断内轴上的轴角传感器测得的是否接近±90°：如果不接近±90°则判定系统处于正常状态；如果接近±90°则判定系统处于奇异状态；为避免轴角在判断边界附近时微小变化导致判断结果反复切换，在判断方法中加入迟滞环节，台体轴角定义为内环绕y_F轴相对台体的转角，定义域为[‑π,+π)，内轴角定义为外环绕x_F轴相对内环的转角，定义域为[‑π,+π)，外轴角定义为手柄绕z_F轴相对外环的转角，定义域为[‑π,+π)，固连于台体，y_p轴与y_F平行，云台各轴角均为0时x_F轴与x_p平行，x_p、y_p和z_p构成右手直角坐标系，x_n指向东、y_n指向北、z_n指向天，：方位角φ：导航系的y_n轴到台体系y_p轴在水平面投影的角，北偏东为正，定义域[0,2π)，俯仰角θ：台体系y_p轴在水平面的投影到y_p的角，定义域[‑π/2,+π/2]，y_p轴指向地面上方为正，否则为负，横滚角γ：台体系绕y_p轴相对导航系n的转角，定义域[‑π,+π)，极性符合右手定则；其中为姿态传感器组合测得的台体姿态矩阵；为内环相对台体的姿态矩阵；为外环相对内环的姿态矩阵，由台体轴角传感的实时测量值确定由内轴角传感的实时测量值确定，将式(5)和式(6)代入式(4)即可得到外环的实时姿态矩阵将的计算结果记成元素形式为如果上一节拍，ηd∈(‑0.5π,+0.5π)，则本拍仍要求ηd∈(‑0.5π,+0.5π)，如果上一节拍，ηd∈(0.5π,π]∪(‑π,‑0.5π)，则本拍仍要求ηd∈(0.5π,π]∪(‑π,‑0.5π)，目标外轴角取进入奇异状态瞬时的外轴角；根据和轴角传感器实时测得的轴角只差进行反馈控制，从而解决三轴稳定系统各轴均接近水平面的奇异问题。