[发明专利]一种四轴惯性稳定平台系统的台体控制参数计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及惯性测量技术领域，特别涉及一种四轴惯性稳定平台系统的台体控制参数计算方法，主要用于高精度导航的航空、航天领域。

背景技术

由于三轴惯性平台系统存在“框架锁定”现象，难以满足载体大机动运动的要求，因此，产生了四轴惯性平台系统。四轴惯性平台系统相对三轴惯性平台系统，在台体、内框架和外框架的基础上增加了随动框架，随动框架处于平台外框架和基座之间。

框架系统的作用是为平台基座相对台体提供旋转自由度，但由于框架系统和台体间存在着约束，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。

目前，三轴惯性平台系统应用相对成熟，参考资料也较多，但对四轴平台的动力学分析相对较少。因此，迫切需要确定四轴平台的关键参数，包括框架转动惯量在台体上的耦合等。

解决思路是通过四轴惯性稳定平台系统的动力学方程求解出台体耦合转动惯量，基座和台体间的力矩变换关系。在中国宇航出版社出版的“《H_∞控制理论在惯性技术应用中的设计方法》和中国惯性技术学报的《四轴平台伺服系统建模研究》文献中，需要利用相对转动角度的正切值或正割值进行转动惯量和力矩计算，因此在相对转动角度为90度、270度时，计算得到的转动惯量和干扰力矩趋于无穷大，这存在如下问题：根据目前的转动惯量计算方法，在内框架、外框架、随动框架的转动上存在有限转动惯量时，折合到台体上的转动惯量趋于无穷大，从物理意义上说，在三个框架轴质量有限时将在台体上产生无限的质量负荷，不符合物理规律。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种四轴惯性稳定平台系统的台体控制参数计算方法，用于计算四轴惯性稳定平台系统的台体合成转动惯量和合成力矩，计精度高且适用于全姿态过程计算。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种四轴惯性稳定平台系统的台体控制参数计算方法，用于计算四轴惯性稳定平台系统中台体合成转动惯量和合成力矩，所述稳定平台系统包括基座、随动框架、外框架、内框架和台体，对应的本体坐标系分别为基座本体坐标系X₁Y₁Z₁、随动框架坐标系X_p3Y_p3Z_p3、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；所述五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，随动框架本体坐标系的X_p3轴与外框架本体坐标系的X_p2轴重合，基座本体坐标系的X₁轴与随动框架本体坐标系的Y轴重合；其中，基座与载体固连，在所述稳定平台系统在载体带动下发生内部相对转动时，基座绕随动框架本体坐标系的Y_p3轴转动，随动框架绕外框架本体坐标系的X_p2轴转动，外框架绕内框架本体坐标系的Y_p1轴转动，内框架绕台体本体坐标系的Z_p轴转动；

所述台体合成转动惯量和合成力矩的计算步骤如下：

(1)、测量或估计计算得到四轴惯性稳定平台系统的转动惯量，包括：台体相对于X_p轴、Y_p轴、Z_p轴的转动惯量的内框架相对于X_p1轴、Y_p1轴、Z_p1轴的转动惯量的外框架相对于X_p2轴、Y_p2轴、Z_p2轴的转动惯量的随动框架相对于X_p3轴、Y_p3轴、Z_p3轴的转动惯量的