[发明专利]一种惯性平台稳定回路故障注入模拟方法

权利要求书

1.一种惯性平台稳定回路故障注入模拟方法，其特征在于以下步骤：

步骤S10，设置平台俯仰角偏差信号初始值为0，叠加陀螺测量过程中的白噪声信号，得到陀螺仪的输入信号；然后采用二阶传递函数建立测角陀螺仪的模型，叠加得到平台俯仰角的陀螺无漂移信号，再采用一阶传递函数建立角度陀螺仪漂移模型，得到陀螺俯仰漂移速率信号；再进行积分得到陀螺俯仰漂移角信号，然后叠加平台俯仰角的陀螺无漂移信号，得到平台俯仰角的陀螺正常输出信号；再插入陀螺仪卡死抖动故障注入函数，模拟陀螺仪卡死故障，得到故障注入下的平台俯仰角陀螺测量信号如下：

θ₁＝θ₀+R₀；

θ₄(n+1)＝θ₄(n)+ω₃T₁；

θ₅＝θ₂+θ₄；

θ₆＝f₆θ₅+f₆r₁ sin(ω₁t+φ₁)+(1-f₆)θ_5a；

其中θ₀为平台俯仰角偏差信号，其初始值设为0；R₀为陀螺测量过程中的白噪声信号；θ₁为陀螺仪的输入信号；为陀螺仪的二阶传递函数，s为传递函数的微分算子；ε为陀螺仪的阻尼系数，为常值参ω₁数；为陀螺仪的自然频率参数，为常值参数；θ₂为平台俯仰角的陀螺无漂移信号，为角度陀螺仪漂移模型，R₁为陀螺仪的漂移系数，为常值参数；R₂为陀螺漂移的随机参数，为正态分别的白噪声；ω₃为陀螺俯仰漂移速率信号；θ₄为陀螺俯仰漂移角信号，T₁为积分时间系数，为常值参数；θ₅为平台俯仰角的陀螺正常输出信号；f₆为陀螺仪卡死抖动故障注入函数，t_a6为陀螺仪卡死开始时间；t_b6为陀螺仪卡死结束时间；θ_5a为陀螺卡死瞬间的输出角度；r₁为陀螺卡死抖动的幅值，为常值参数；φ₁为陀螺卡死抖动的相角，为常值参数；θ₆为故障注入下的平台俯仰角陀螺测量信号；

步骤S20，根据所述的故障注入下的平台俯仰角陀螺测量信号，然后设置平台输入信号初始值为0，并与平台输入信号进行比较，得到平台俯仰误差信号；再采用带微分环节的二阶传递函数建立带通滤波器模型，得到俯仰误差带通滤波信号，并插入带通滤波器故障注入函数，模拟带通滤波器故障，得到故障注入下的俯仰误差带通信号；再采用传递函数模拟稳定回路的低通滤波器，得到俯仰低通滤波信号如下：

e₁＝θ₇-θ₆；

e₃＝f₇e₂；

其中θ₆为平台输入信号，初始值设为0；e₁为平台俯仰误差信号；其中ω_b、ω_a为带通滤波器的带通频率参数，其为常值；k₂为带通滤波器的常值放大参数；e₂为俯仰误差带通滤波信号；其中e₃为故障注入下的俯仰误差带通信号；f₇为带通滤波器故障注入函数；t_a7为带通滤波器故障开始时间；t_b7为带通滤波器故障结束时间；T_a与T_b为稳定回路的低通滤波器的常值时间参数；e₄为俯仰低通滤波信号；

步骤S30，根据所述的俯仰低通滤波信号进行比例变换得到俯仰误差比例信号；然后插入比例放大器故障注入函数，模拟比例放大器的故障情况，得到故障注入下的俯仰误差比例信号；再采用积分器对俯仰低通滤波信号进行积分，得到俯仰误差积分信号；然后插入积分器间断性断路故障注入函数，模拟积分器的间断性断路故障，得到间断性断路故障下的俯仰误差积分信号；再插入积分器零位偏差故障注入函数，模拟积分器的零位偏差，得到积分零偏故障下的俯仰误差积分信号；最后插入积分器饱和故障注入函数，模拟积分器饱和故障，得到积分饱和故障下的俯仰误差积分信号；最后对多种故障注入下的俯仰误差积分信号与故障注入下的俯仰误差比例信号进行叠加得到俯仰综合控制信号如下：

e₅＝k₃e₄；

e₆＝f₈e₅；

s₂＝∫e₄dt；

s₃＝∫f₉e₂dt+(1-f₉)s_2a；

s₄＝f₄r₄；

s₅＝f₅s₄+(1-f₅)R₄sign(s_4a)；

u₁＝k₆s₃+s₄+s₅+e₆；

其中e₅为俯仰误差比例信号；k₃为常值比例放大参数；e₆为故障注入下的俯仰误差比例信号；t_a8为比例放大器故障注入开始时间；t_b8为比例放大器故障注入结束时间；s₂为俯仰误差积分信号；其中f₉为积分器间断性断路故障注入函数；t_a9为积分器间断性断路故障注入开始时间；t_b9为积分器间断性断路故障注入结束时间；f₄为积分器零位偏差故障注入函数；r₄为常值参数，模拟积分器零位偏差的幅值，s₄为积分零偏故障下的俯仰误差积分信号；其中sign(s_4a)为符号函数；t_a5为积分器饱和故障注入的开始时间；R₄为常值参数，为积分器的饱和限幅参数；s₃为间断性断路故障下的俯仰误差积分信号，s₅为积分饱和故障下的俯仰误差积分信号，f₅为积分器饱和故障注入函数；其中u₁为俯仰综合控制信号；k₆为常值控制参数；

步骤S40，根据所述的俯仰综合控制信号，采用一阶传递函数建立直流力矩电机模型，得到电机的输出力矩信号，同时插入电机故障注入函数，得到故障注入下的电机输出力矩信号；再叠加平台的常值干扰力矩得到平台的输入力矩信号；然后采用一阶传递函数构建稳定平台的机械转动模型，得到稳定平台俯仰转动角速度信号；再进行积分运算得到稳定平台俯仰转动角度信号；再注入稳定平台卡死故障函数，得到卡死故障下的稳定平台俯仰转动角度如下：

M₂＝M₁f₂；

M₄＝M₂+M₃；

θ_a＝∫ω_adt；

θ_a1＝f₁θ_a；

其中T₁为常值时间参数，为直流力矩电机模型的时间常数；k₈为常值参数，为直流力矩电机模型的放大系数；M₁为电机的输出力矩信号；f₂为电机故障注入函数；M₂为故障注入下的电机输出力矩信号；t_a2为直流电机故障注入开始时间；t_b2为直流电机故障注入结束时间；M₃为常值参数，为平台的常值干扰力矩参数；M₄为平台的输入力矩信号；T₂为常值时间参数，为稳定平台的机械常数；k₉为常值参数，为稳定平台物理等效放大系数；ω_a为稳定平台俯仰转动角速度信号；θ_a为稳定平台俯仰转动角度信号；t_a1为稳定平台卡死故障注入开始时间；t_b1为稳定平台卡死故障注入结束时间；f₁为稳定平台卡死故障函数；θ_a1为稳定平台卡死故障下的稳定平台俯仰转动角度；

步骤S50，注入稳定平台抖动故障函数，得到抖动故障下稳定平台的俯仰角转动角度；然后将卡死故障下的稳定平台俯仰转动角度与抖动故障下的稳定平台俯仰转动角度进行叠加，得到平台俯仰角偏差信号；再采用白噪声干扰信号叠加常值进动干扰信号与输入干扰注入函数信号生成平台输入信号，从而形成稳定平台故障注入的闭环解算，实现故障注入情况下的平台俯仰角偏差信号，完成多种故障注入模拟，实现与测试系统的匹配如下：

θ_a2＝(1-f₃)r₅ sin(ω₅t+φ₅)；

θ₀＝θ_a1+θ_a2；

θ₆＝f₁₀(r₆+r₇)；

其中t_a3为稳定平台抖动故障函数注入开始时间；t_b3为稳定平台抖动故障函数注入结束时间；f₃为稳定平台抖动故障函数；θ_a2为抖动故障下的稳定平台俯仰转动角度；r₅为常值参数，为稳定平台抖动的幅度；ω₅为常值参数，为稳定平台抖动的频率；φ₅为常值参数，为稳定平台抖动的相角；其中θ₆为平台输入信号；r₆为高斯分布的白噪声干扰信号；r₇为常值，为常值进动干扰信号的等效模拟；f₁₀为输入干扰注入函数信号，t_a10为输入干扰注入开始时间；t_b10为输入干扰注入结束时间。