[发明专利]一种三轴惯性稳定平台系统伺服回路变增益控制方法

权利要求书

1.一种三轴惯性稳定平台系统伺服回路变增益控制方法，其特征在于：基于三轴惯性稳定平台系统实现，所述稳定平台系统包括基座、外框架、内框架和台体，其中，外框架通过外框架轴与基座连接，内框架通过内框架轴与外框架连接，台体通过台体轴与内框架连接，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，基座与载体固定连接，在所述稳定平台系统在载体带动下发生内部相对转动时，基座绕外框架本体坐标系的X_p2轴转动，外框架绕内框架本体坐标系的Y_p1轴转动，内框架绕台体本体坐标系的Z_p轴转动；

所述三轴惯性稳定平台系统伺服回路变增益控制方法包括如下步骤：

(1)根据台体上安装的陀螺仪输出的角速度，分别得到台体在X_p轴、Y_p轴和Z_p轴上的角速度分量

(2)将台体在Z_p轴上的角速度分量经过解耦后得到台体Z_p轴的合成转动角速度ω_z；将台体在Y_p轴上的角速度分量经过解耦后得到内框架Y_p1轴的合成转动角速度ω_y；将台体在X_p轴上的角速度分量经过解耦后得到外框架X_p2轴的合成转动角速度ω_x；

(3)得到外框架绕内框架本体坐标系的Y_p1轴转动的角度β_yk＝0并且内框架绕台体本体坐标系的Z_p轴转动的角度β_zk＝0时的转动惯量：

其中，分别为台体相对于X_p轴、Y_p轴、Z_p轴的转动惯量；分别为内框架相对于X_p1轴、Y_p1轴的转动惯量；分别为外框架相对于X_p2轴、Y_p2轴的转动惯量，为β_yk＝0、并且β_zk＝0时的台体本体坐标系的X_p轴合成转动惯量，为β_yk＝0并且、β_zk＝0时的台体本体坐标系的Y_p轴合成转动惯量，为β_yk＝0并且、β_zk＝0时的台体本体坐标系的Z_p轴合成转动惯量；

(4)分别把作为X_p轴、Y_p轴和Z_p轴伺服回路的被控对象，根据性能指标要求设计控制器，得到台体本体坐标系的X_p轴控制器、Y_p轴控制器、Z_p轴控制器分别为C_x,0(s)、C_y,0(s)、C_z,0(s)；其中，为力矩电机的传递函数，T为电机的时间常数，K₀为电机的输出比例系数；u_x、u_y、u_z分别为X_p轴、Y_p轴和Z_p轴伺服回路力矩电机的输入量；s为复变角频率，ω_x(s)为X_p轴角速度ω_x(t)的拉氏变换，u_x(s)为X_p轴控制器输出量u_x(t)的拉氏变换，ω_y(s)为Y_p轴角速度ω_y(t)的拉氏变换，u_y(s)为Y_p轴控制器输出量u_y(t)的拉氏变换，ω_z(s)为Z_p轴角速度ω_z(t)的拉氏变换，u_z(s)为Z_p轴控制器输出量u_z(t)的拉氏变换；t为时间变量；

(5)当基座相对于台体处于任意姿态时，实时测量出β_yk和β_zk的值，计算出||J_p||的值；结合步骤(4)的台体本体坐标系的X_p轴控制器为C_x,0(s)、台体本体坐标系的Y_p轴控制器为C_y,0(s)、台体本体坐标系的Z_p轴控制器为C_z,0(s)，得到一组新的三轴惯性稳定平台伺服回路变增益控制器：

其中，C_x(s)为根据测量角度β_yk、和β_zk计算的X_p轴控制器，C_y(s)为根据测量角度β_yk、和β_zk计算的Y_p轴控制器，C_z(s)为根据测量角度β_yk、和β_zk计算的Z_p轴控制器，J_p为三轴惯性稳定平台系统的台体合成转动惯量矩阵。