[发明专利]一种三轴惯性稳定平台系统的台体控制参数计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及惯性测量技术领域，特别涉及一种三轴惯性稳定平台系统的台体控制参数计算方法，用于对三轴惯性稳定平台系统的转动惯量耦合计算、基座与台体之间的力矩变换，可应用于高精度导航的航空、航天领域。

背景技术

惯性稳定平台系统能有效隔离运动载体载体扰动，使得惯性测量单元相对于惯性空间保持稳定，其中三轴惯性稳定平台系统包括台体、内框架、外框架和基座，其中，惯性测量单元安装在台体内，外框架固连在运动载体上。其中，内框架和外框架组成的框架系统，用于为台体提供旋转自由度，但由于框架系统和台体间存在着相对运动约束，所以框架系统的运动会对台体带来影响。这些影响包含基座与台体间的坐标变换、力矩变换，以及框架系统惯性干扰力矩对台体的作用等。

在惯性稳定平台伺服系统工作时，框架系统的转动惯量最终通过惯性干扰力矩对台体的作用体现出来，包括转动惯量间的耦合、惯量积的耦合等，但最关键的是框架转动惯量在台体上的耦合。

在本技术领域中，通过三轴惯性稳定平台系统的动力学方程求解出台体耦合转动惯量，以及基座和台体间的合成力矩，用于控制系统进行台体姿态控制。在中国宇航出版社出版的《惯性器件(下)》中，需要利用相对转动角度的正切值或正割值进行转动惯量和力矩计算，因此在相对转动角度为90度、270度时，计算得到的转动惯量和干扰力矩趋于无穷大，这存在两个问题：

(1)、根据目前的转动惯量计算方法，在内框架和外框架的转动上存在有限转动惯量时，折合到台体上的转动惯量趋于无穷大，从物理意义上说，在内外两个框架轴质量有限时将在台体上产生无限的质量负荷，不符合物理规律；

(2)、根据目前的干扰力矩计算方法，在两个框架转动轴上存在有限力矩时，台体接收到的干扰力矩将趋于无限大，从物理意义上来说，在转轴上输入有限能量将在台体上产生无限能量，这也不符合物理规律。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三轴惯性稳定平台系统的台体控制参数计算方法，用于计算三轴惯性稳定平台系统的台体合成转动惯量和合成力矩，计算精度高且适用于全姿态过程计算。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种三轴惯性稳定平台系统的台体控制参数计算方法，用于计算三轴惯性稳定平台系统的台体合成转动惯量和合成力矩；所述稳定平台系统包括基座、外框架、内框架和台体，对应的本体坐标系分别为基座本体坐标系X₁Y₁Z₁、外框架本体坐标系X_p2Y_p2Z_p2、内框架本体坐标系X_p1Y_p1Z_p1和台体本体坐标系X_pY_pZ_p；所述四个坐标系的原点重合，并且：台体本体坐标系的Z_p轴与内框架本体坐标系的Z_p1轴重合，外框架的本体坐标系的Y_p2轴与内框架本体坐标系的Y_p1轴重合，基座本体坐标系的X₁轴与外框架本体坐标系的X_p2轴重合；其中，基座与载体固连，在所述稳定平台系统在载体带动下发生内部相对转动时，基座绕外框架坐标系的X_p2轴转动，外框架绕内框架坐标系的Y_p1轴转动，内框架绕台体坐标系的Z_p轴转动；

所述台体合成转动惯量和合成力矩的计算步骤如下：

(1)、测量或计算得到三轴惯性稳定平台系统的转动惯量，包括：台体相对于X_p轴、Y_p轴、Z_p轴的转动惯量的内框架相对于X_p1轴、Y_p1轴、Z_p1轴的转动惯量的外框架相对于X_p2轴、Y_p2轴、Z_p2轴的转动惯量的

(2)、测量得到所述稳定平台系统内部相对转动的角度，包括：外框架绕内框架坐标系Y_p1轴转动的角度β_yk；内框架绕台体坐标系Z_p轴转动的角度β_zk；