[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

说明书

本发明提供了一种三轴惯性稳定平台系统伺服回路变增益控制方法，通过实时测量框架角度的值来计算转动惯量矩阵范数，以正实时修正伺服回路控制器的增益，消除转动惯量的变化对伺服回路的静态精度和动态精度影响。本发明首次给出了在载体相对平台台体任意姿态时的伺服回路单输入单输出控制方法，确保台体始终保持惯性空间稳定，实现了载体采用三轴稳定平台系统后的无约束轨迹运动。

技术领域

本发明涉及一种三轴稳定平台系统伺服回路变增益控制方法，尤其涉及三轴平台系统的伺服回路控制方法，主要用于实现全姿态高精度导航的航空、航天领域。

背景技术

三轴惯性稳定平台系统能有效隔离运动载体的角运动扰动，使得惯性测量单元相对于惯性空间保持稳定，其包括台体、内框架、外框架和基座，其中，惯性测量单元安装在台体内，基座固连在运动载体上。其中，内框架和外框架组成的框架系统，用于为台体提供相对基座的旋转自由度，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。另外，为使台体相对惯性空间稳定，在台体上安装了三个陀螺仪作为伺服回路的敏感元件，但由于作为伺服回路执行机构的三个力矩电机分别装在台体轴、内框架轴和外框架轴上，在不同框架角时伺服回路存在着耦合。β_yk为外框架绕内框架坐标系Y_p1轴转动的角度；β_zk为内框架绕台体坐标系Z_p轴转动的角度。

现有技术中都是取β_yk、β_zk为零时计算的转动惯量常值作为设计输入，这会带来以下两个问题：1.β_yk、β_zk为非零时的转动惯量的变化会导致系统的带宽变化，从而引起幅值裕度和相位裕度变化，影响伺服回路的稳定性；2.β_yk、β_zk为非零时的转动惯量的变化会引起伺服回路的静态精度和动态精度，因此，急需开展三轴惯性稳定平台系统伺服回路控制方法研究。

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伺服回路变增益控制方法，该方法可实现框架角变化时伺服回路性能保持不变，可以有效提高台体相对惯性空间的稳定精度和能力。

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：