[发明专利]船舶惯导系统自主式无超调状态切换方法

说明书

技术领域

本发明涉及惯性导航技术领域，具体地指一种船舶惯导系统自主式无超调状态切换方法。 

技术背景

惯导系统的水平回路实质为一临界稳定的二阶系统，系统在误差源(陀螺漂移、加速度计零偏等)作用下，输出呈现出周期性振荡趋势。为了抑制系统的振荡性误差，一种有效的解决办法就是在系统回路中加入校正环节，改变系统回路的特征根，使得回路具有阻尼作用，以衰减由于误差源引起的振荡性误差。根据控制理论可知，加入校正环节以后，使得惯导系统精度受载体加速度影响强烈，因此在船舶处于机动状态时，需要使惯导系统由校正状态切换至无校正状态。因此船舶在航行过程中，会根据载体的运动状态频繁调整惯导系统的工作状态。当系统无校正状态切换至校正状态时，系统回路因加入阻尼环节后状态发生突变，这会导致系统在进行“无校正到校正”状态切换时引起超调误差。以系统水平校正为例，在进行无校正到水平校正的状态切换时，系统将在1～2个舒拉周期内(一个舒拉周期为84.4分钟)完成状态过渡过程，因此在这段过程中出现的超调误差将使得惯导系统的输出信息不可用，极大的影响了惯导系统精度和船舶的航行安全。 

相关研究(程建华，赵琳，宋君才等.自动补偿技术在平台惯导系统状态切换中的应用研究)目前从“动平衡”的角度解释了超调误差的原因，提出利用外速度进行超调补偿。但这种补偿方式依赖于外测速度，且可能有剩余未补偿误差，该剩余未补偿误差对惯导系统精度和船舶的航行安全均有较大影响。 

发明内容

本发明的目的就是要提供一种船舶惯导系统自主式无超调状态切换方法，该方法能实现在不依赖外界速度的情况下，彻底抑制 因状态切换(无校正到校正)过程中产生的超调误差。 

为实现上述目的，本发明所设计一种船舶惯导系统自主式无超调状态切换方法，其特征在于，它包括如下步骤： 

步骤S 11：根据船舶运动状态从抑制系统误差方面和减小校正环节对系统回路的影响两个方面考虑，确定适合于船舶状态的阻尼比ζ； 

步骤S12：确定校正环节的时域参数，所述时域参数包括谐振峰值M_r和调节时间t_s， 

根据二阶系统谐振峰值与阻尼比的关系式 

Mr=12ζ1-ζ2---(1)]]>

将步骤S11中得到的阻尼比ζ代入其中，得出系统的谐振峰值M_r；同时，设定校正过程的调节时间t_s为给定值A； 

步骤S13：确定校正过程期望的截止频率， 

根据高阶系统频域和时域指标的关系式 

ts=Kπωc---(2)]]>

式中：K＝2+1.5(M_r-1)+2.5(M_r-1)²，t_s为步骤S12中调节时间给定值A；M_r为步骤S12中谐振峰值M_r； 

得到校正过程期望的截止频率ω_c； 

步骤S14：确定校正环节的系统带宽； 

根据自动控制系统理论，得到系统带宽与最大相角裕度的关系式