[发明专利]一种全姿态三框架四轴惯性平台随动环控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全姿态三框架四轴惯性平台系统随动环的控制方法。

背景技术

平台式惯性导行系统按照框架结构可以分为两框架三轴惯性平台(简称三轴惯性平台)和三框架四轴惯性平台(简称四轴惯性平台)。三轴惯性平台的内环轴在转动±90°后，台体轴会和外环轴平行，会失去一个自由度，导致三轴惯性平台工作异常，该现象即为三轴惯性平台的“框架锁定现象”。为了避免该现象发生，需要在三轴惯性平台内环轴转动方向上设置限位角(一般为±45°)，即：在使用三轴惯性平台时，载体(装载平台式惯性导行系统的设备如飞机、汽车、武器等)在内环轴转动方向上不能进行大范围机动(不能超过限位角±45°)。所以说，三轴惯性平台不能实现全姿态输出。

为了解决三轴惯性平台“框架锁定现象”的问题，诞生了四轴惯性平台，四轴惯性平台在三轴惯性平台的基础上增加了随动环，随动环的控制器采用了两种工作模式：一是随动工作模式，二是锁零工作模式。在随动工作模式下随动环实时跟踪平台内环轴角度，使台体轴与外环轴始终保持垂直，从而避免了三轴惯性平台的“框架锁定现象”。然而，当外环轴角度处于±90°附近时，随动工作模式会进入不稳定状态，失去正常功能，导致平台系统工作异常，该现象称之为四轴惯性平台“外环90°问题”。针对此问题，随动环的控制增加了锁零模式，锁零模式的作用是将随动环锁定在随动轴角度为0°的位置，将四轴惯性平台降为三轴惯性平台，平台外环可以工作在±90°，但此时内环轴转动方向上的角度不能超出±45°，而且由随动模式切换为锁零模式时随动轴角度必须处于±45°之间，否则，会使内环轴角度到达限位角位置，使内环轴失去自由度，平台系统工作异常。

综上所述，现有的四轴惯性平台不论是工作在随动模式还是锁零模式都存在死区，不能实现真正意义的全姿态工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足之处，提供一种全姿态四轴惯性平台随动环的控制方法，该方法使四轴惯性平台的外环轴可以工作在±90°附近，而且载体可以沿内环轴转动方向上进行超出±45°的大范围角运动，能够克服现有四轴惯性平台的工作死区，使其具备全姿态工作的能力。

本发明所采用的技术方案如下：一种全姿态三框架四轴惯性平台随动环控制方法，包括如下步骤：

(1)闭合四轴惯性平台系统的稳定回路，将四轴惯性平台台体轴角度θ_z、内环轴角度θ_x、外环轴角度θ_y转动到零度位置；

(2)控制器进入随动工作模式，使得内环轴角度θ_x保持在θ_x＝0的位置；控制器持续监测外环轴角度θ_y的值，当外环轴角度θ_y进入[-95°，-85°]或[85°,95°]范围时，将控制器切换到当前位置锁定模式；当外环轴角度θ_y未进入[-95°，-85°]或[85°,95°]范围时，控制器保持在随动工作模式；

(3)在当前位置锁定模式下，通过控制器将随动环锁定在当前随动轴角度θ_x'(t₀)位置；控制器持续监测外环轴角度θ_y和内环轴角度θ_x的值，当外环轴角度θ_y在[-95°，-85°]或[85°,95°]范围内且内环轴角度到达[-45°，-15°]或[+15°,+45°]范围内时，控制器进入90°翻转模式；当外环轴角度θ_y保持在[-95°，-85°]或[85°,95°]范围且内环轴角度未到达[-45°，-15°]或[+15°,+45°]范围内时，控制器保持在当前位置锁定模式；当外环轴角度θ_y离开[-95°，-85°]或[85°,95°]范围时，控制器切换到随动工作模式；

(4)在90°翻转模式下，通过控制器将随动环从当前随动轴角度θ_x'(t₀)位置正向或负向翻转90°，正向翻转方向符合右手定则，控制器切换随动工作模式。