[发明专利]一种五轴惯性稳定平台系统外框架锁零方法

权利要求书

1.一种五轴惯性稳定平台系统外框架锁零方法，其特征在于：基于五轴惯性稳定平台系统实现，所述稳定平台系统包括基座、外随动框架、内随动框架、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、外随动框架坐标系X_p4Y_p4Z_p4、内随动框架坐标系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；上述六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，外框架本体坐标系的Y_p2轴与内框架本体坐标系的Y_p1轴重合，内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，外随动框架本体坐标系的Y_p4轴与内随动框架本体坐标系的Y_p4轴重合，基座本体坐标系的X₁轴与外随动框架本体坐标系的X_p4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，基座绕外随动框架本体坐标系的X_p4轴转动，外随动框架绕内随动框架本体坐标系的Y_p3轴转动，内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；

所述一种五轴惯性稳定平台系统外框架锁零方法实现步骤如下：

(1)、根据台体上安装的陀螺仪输出的角速度，得到台体在X_p轴、Y_p轴和Z_p轴上的角速度分量

(2)、测量得到五轴惯性稳定平台系统内部相对转动的角度和角速度，包括：基座绕外随动框架本体坐标系的X_p4轴转动的角度β_xk′和角速度外随动框架绕内随动框架本体坐标系的Y_p3轴转动的角度β_yk′和角速度内随动框架绕外框架本体坐标系的X_p2轴转动的角度β_xk和角速度外框架绕内框架本体坐标系的Y_p1轴转动的角度β_yk和角速度内框架绕台体本体坐标系的Z_p轴转动的角度β_zk和角速度

(3)采用解耦计算公式计算台体、内框架、外框架、内随动框架和外随动框架的转动角速度，具体解耦计算公式如下：

其中，ω_z为台体Z_p轴的合成转动角速度；ω_y为内框架Y_p1轴的合成转动角速度；ω_x为外框架X_p2轴的合成转动角速度；ω_yk′为内随动框架Y_p3轴的合成转动角速度；ω_xk′为外随动框架X_p4轴的合成转动角速度；

(4)采用步骤(3)的解耦计算公式，得到平台五个框架角的角速度确定方程，如下：

其中，

式中，基座本体坐标系下平台基座的角速度为

(5)根据步骤(4)平台五个框架角的角速度确定方程、步骤(2)的五个框架转动的角度和台体上安装的陀螺仪测量的角速度，对外框架锁零条件进行判断，如下：

1)、在β_yk′≠90°且β_yk′≠-90°时，平台外框架角速度为0，不需要对外框架锁零使平台台体相对惯性空间稳定；

2)、在β_yk′＝90°或β_yk′＝-90°，以及基座角速度时，不需要对外框架锁零使平台台体相对惯性空间稳定；

3)、在β_yk′＝90°或β_yk′＝-90°，当中有一个为非零时，需要对外框架锁零才能使平台台体相对惯性空间稳定；

(6)在需要对外框架锁零才能使平台台体相对惯性空间稳定时，外随动框架带动内随动框架、外框架和内框架一起相对台体快速发生转动，转动前后外框架角β_xk恒为零，保证平台台体相对惯性空间仍然稳定；

外随动框架带动内随动框架、外框架和内框架相对台体快速转动后的稳定位置的框架角度值，计算过程为：

1)、测量得到β_xk、β_yk和β_zk的初始值分别为β_xk0、β_yk0和β_zk0；

2)、设基座本体坐标系下平台基座的角速度为当中有一个为非零时，基座绕外随动框架本体坐标系的X_p4轴转动的角速度外随动框架绕内随动框架本体坐标系的Y_p3轴转动的角速度内随动框架绕外框架本体坐标系的X_p2轴转动的角速度外框架绕内框架本体坐标系的Y_p1轴转动的角速度内框架绕台体本体坐标系的Z_p轴转动的角速度的表达式分别为

其中，

3)、基座绕外随动框架本体坐标系的X_p4轴转动的角度β_xk′、外随动框架绕内随动框架本体坐标系的Y_p3轴转动的角度β_yk′、内随动框架绕外框架本体坐标系的X_p2轴转动的角度β_xk、外框架绕内框架本体坐标系的Y_p1轴转动的角度β_yk、内框架绕台体本体坐标系的Z_p轴转动的角度β_zk的稳态值分为以下四种情况：

(a)β_yk′90°且β_yk′→90°时，sinβ_yk′＝1，tanβ_yk′0；β_xk′的初始值为β_xk′0，为保证系统稳定，则有cos(β_xk′+α)＝-1，即β_xk′＝180°-α，其中，β_xk′的变化量为Δβ_xk′＝180°-α-β_xk′0；此时，由于与符号相同，所以β_zk的稳态值为β_zk＝β_zk0+Δβ_xk′＝β_zk0-α-β_xk′0+180°；由于所以β_yk′递减；

(b)β_yk′90°且β_yk′→90°时，sinβ_yk′＝1，tanβ_yk′0；β_xk′的初始值为β_xk′0，为保证系统稳定，则有cos(β_xk′+α)＝+1，即β_xk′＝-α，其中，β_xk′的变化量为Δβ_xk′＝-α-β_xk′0；此时，由于与符号相同，所以β_zk的稳态值为β_zk＝β_zk0+Δβ_xk′＝β_zk0-α-β_xk′0；由于所以β_yk′递增；

(c)β_yk′-90°且β_yk′→-90°时，sinβ_yk′＝-1，tanβ_yk′0；β_xk′的初始值为β_xk′0，为保证系统稳定，则有cos(β_xk′+α)＝-1，即β_xk′＝180°-α，其中，β_xk′的变化量为Δβ_xk′＝180°-α-β_xk′0；此时，由于与符号相反，所以β_zk的稳态值为β_zk＝β_zk0-Δβ_xk′＝β_zk0+α+β_xk′0-180°；由于所以β_yk′递减；

(d)β_yk′-90°且β_yk′→-90°时，sinβ_yk′＝-1，tanβ_yk′0；β_xk′的初始值为β_xk′0，为保证系统稳定，则有cos(β_xk′+α)＝+1，即β_xk′＝-α，其中，β_xk′的变化量为Δβ_xk′＝-α-β_xk′0；此时，由于与符号相反，所以β_zk的稳态值为β_zk＝β_zk0-Δβ_xk′＝β_zk0+α+β_xk′0；由于所以β_yk′递增。