[发明专利]一种解决三轴稳定系统各轴均接近竖直面奇异问题的方法

摘要

本发明公开了一种解决三轴稳定系统各轴均接近竖直面奇异问题的方法，调控三轴的稳定，本发明的有益效果为：可确保三轴稳定系统各轴均接近竖直面时台体不出现抖动或翻倒问题，保证台体上所承载对象不受损伤，此外，奇异工作状态下，台体的方位和横滚仍能保持稳定，对于很多应用场合仍能得到可以接受的稳定效果。

主权项

1.一种解决三轴稳定系统各轴均接近竖直面奇异问题的方法，算法执行过程中，每个控制周期判断内轴上的轴角传感器测得的是否接近±90°：如果不接近±90°则判定系统处于正常状态；如果接近±90°则判定系统处于奇异状态，为避免轴角在判断边界附近时微小变化导致判断结果反复切换，在判断方法中加入迟滞环节，相关定义如下台体轴角定义为内环绕y_F轴相对台体的转角，定义域为[‑π,+π)；内轴角定义为外环绕x_F轴相对内环的转角，定义域为[‑π,+π)，外轴角定义为手柄绕z_F轴相对外环的转角，定义域为[‑π,+π)，台体系p，固连于台体，y_p轴与y_F平行，云台各轴角均为0时x_F轴与x_p平行，x_p、y_p和z_p构成右手直角坐标系；导航系n：x_n指向东、y_n指向北、z_n指向天；方位角φ，导航系的y_n轴到台体系y_p轴在水平面投影的角，北偏东为正，定义域[0,2π)，俯仰角θ，台体系y_p轴在水平面的投影到y_p的角，定义域[‑π/2,+π/2]，y_p轴指向地面上方为正，否则为负，横滚角γ，台体系绕y_p轴相对导航系n的转角，定义域[‑π,+π)，极性符合右手定则，水平系h，从导航系开始，绕导航系z_n轴负向转动方位角φ后到达的坐标系；台体方位和横滚稳定、外轴锁定的控制方式中外环相对水平坐标系的姿态矩阵为其中：为姿态传感器组合测得的台体姿态矩阵；为内环相对台体的姿态矩阵；为外环相对内环的姿态矩阵；为导航系相对水平坐标系h的姿态矩阵，由台体轴角传感的实时测量值确定由内轴角传感的实时测量值确定由台体的目标方位角φ(已知量)确定将式(10)、式(11)和式(12)代入式(9)即可得到外环的实时姿态矩阵将的计算结果记成元素形式为由此得到目标俯仰角θ_d、目标内轴角和目标台体轴角的计算结果为目标外轴角取进入奇异状态瞬时的外轴角，根据和轴角传感器实时测得的轴角只差进行反馈控制即可解决台体轴水平的三轴稳定系统各轴均接近竖直面的奇异问题。