文档介绍：哈尔滨工程大学
硕士学位论文
惯导系统航向环的改进设计与研究
姓名:彭小兰
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:郝燕玲
20060301
摘要航海、航空和航天等事业的迅猛发展使惯导系统对稳定回路的性能指标的要求越来越高。概括起来,平台稳定系统要求响应速度快,抗干扰能力强,稳态精度高等优良特性。平台稳定回路系统采用直流力矩电机作为控制元件,根据陀螺参数和平台稳定系统的性能指标,本文首先用经典刂品椒ǘ韵低辰辛丝刂乒律设计。仿真和实验结果表明,系统在角度输入时性能较好,但在力矩干扰输入时动态误差较大。这也说明了经典刂破髟诳焖傩浴⒊鳌⒖垢扇性上很难进一步提高。为此,本文对经典砑捌浣峁菇蟹治觯沂了传统挠湃钡恪1咀偶坛芯銹优点,克服其缺点的原则。逐步阐述了自抗扰控制技术的基本思想。然后将自抗扰控制应用到平台稳定回路中,并进行了计算机仿真,仿真结果表明,稳定回路的跟踪能力和抗干扰能力都得洗蟮母纳疲岣吡斯咝晕榷ㄆ教ǖ目煽啃院途ǘ龋逑殖鲎钥谷趴制系统具有强鲁棒性、快速性、精度高等特点。本文最后讨论了平台稳定回路自抗扰控制的迪治侍猓岢隽讼低实现的软硬件设计方案。“键词:自抗扰控制:稳定回路;刂疲籇哈尔滨工程大学硕士学位论文
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哈尔滨工程大学学位论文原创性声明作者┳:型兰:兰本人郑重声明:本论文的所有工作,是在导师的指导下,由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出,并与参考文献相对应。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体己经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。期:伊。;年弓月
咽卉母——蛸礁鹥圈吨毗第滦髀惯性导航基本工作原理螺稳定平台上分别装有沿东向和北向的加速度计!⑸剑美床饬慷鞣豢冖舫%。磺%。惯性导航是一种先进的导航方法,但实现导航定位的原理,却非常简单它是通过测量运载体本身的加速度来完成导航任务的。根据牛顿惯性原理,利用惯性元件勇菀恰⒓铀俣燃测量出运载体的加速度,经过积分和运算,便可获得速度和位置,供导航使用。假设在运载体⒋⒎苫⒌嫉⒑教炱鞯内装有一个三轴稳定平台,三轴分别稳定在地理坐标系的三轴上,即指向东、北及天顶。在这个陀向及南北方向的加速度。假若地球不动,简化的导航原理如图所示。将加速度计测出的加速度讯号口。,口。,进行一次积分,与初始速度%。、%。相加,得到运载体速度分量,即:哈尔滨工程大学硕士学位论文图简化惯性导航原理广
计算出来的速度%、%,按矿豪鼋泻铣杉扑五%厶妒%讲弧稳定回路的作用将速度%、%进行变换并再次积分,就得到运载体位置变化量,与初始经纬度厶、‰相加,得到运载体所在的地理位置的经纬度⒍手担┰载体导航定位使用,即:运动速度,输出给显示器,便于引导运载体航行。—得到运载体本课题研究的平台稳定回路系统是平台式惯性导航系统的重要组成部分,主要用于消除外干扰力矩,使平台跟踪陀螺坐标系,并输出方位及水平姿态信号。平台稳定回路由方位、横摇及纵摇稳定回路组成。稳定回路有两个作用,一是跟踪,二是卸荷。惯性稳定平台是用陀螺仪输出讯号通过稳定回路来实现平台的稳定,也就是说,陀螺仪是稳定元件,而要使台体跟踪陀螺仪,台体才能稳定,也就是使平台坐标系跟踪陀螺坐标系。如果陀螺仪稳定在惯性空间,平台也就稳定在惯性空间。假若陀螺仪加控制讯号使之按地理坐标系在惯性空间旋转角速度运动,那么平台也就跟踪地理坐标系。这就是稳定回路的跟踪作用。由于平台和载体是通过三环框架结构相连的,这样每个环都有两个机械连接轴,轴上的电机电刷和导电滑环间的摩擦产生干扰力矩。当平台上有外干扰力矩作用时,稳定回路能够在平台轴上产生相反方向的力矩与之平衡,这就是稳定回路的卸荷作用。这样无论平台上有否外干扰力矩作用,都能使陀螺仪和平台的角位移保持在规定的范围内。哈尔滨工程大学硕士学位论文
课题背景及研究现状,,国内外一些专家学者对稳定回路作了许多专门研究,实现的本课题来源于短期平台式惯性导航系统的研制。该项目是利用现有的平台罗经设备,对其进行改造后实现短时惯导的功能。稳定回路的改进是平台改造工作的重要组成部分。现有平台主体仪器是由工厂设计制造的,其中所使用的稳定回路设计于上世纪年代,且设计资料缺失,工厂现在进行稳定回路的调试时只能通过手工试凑的方式,凭调试师傅的经验使回路能稳定且具有一定的力矩刚度。这种方式设计的稳定回路并不能适应高精度的惯性导航设备的要求,经实测,现有工厂的稳定回路静态力矩刚度最大只有×.,谀逞芯克墓叩计教ㄎ榷ɑ芈芬丫锏搅珻痳以上的力矩刚度。并且,经转台测试,在大角度综合摇摆状态下,平台