[发明专利]一种五轴惯性稳定平台系统外框架锁零方法

说明书

本发明提供了一种五轴惯性稳定平台系统外框架锁零方法，以正交安装于平台台体的3个陀螺仪输出角速率内框架角速度和外框架角速度等5个变量作为解耦环节的输入信息，通过信息融合后输出5个分别作用到台体轴、内环轴、外环轴、内随动框架轴和外随动框架轴的轴端力矩电机。本发明首次给出了五轴平台在内随动框架角为90°时的外框架锁零方法，以及各框架角在稳定时的值，实现了平台台体相对于惯性空间的稳定。

技术领域

本发明涉及惯性测量技术领域，特别涉及一种五轴惯性稳定平台系统外框架锁零方法，主要用于航空、航天领域的全姿态高精度导航。

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，引起“框架锁定”的主要原因是内框架角工作于非零状态，特别是内框架角为90°时引起三个电机的力矩处于一个平面，从而导致平台台体中垂直于该平面的矢量方向缺少克服载体运动的能力，会引起平台台体相对惯性空间不能稳定。因此，产生了四轴惯性稳定平台系统。

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。随动回路信号来自于内框架角，采用正割分解器进行增益补偿，其核心是使内框架角工作于0°。但有一个特殊情况，不能保证内框架角β_yk＝0。当β_xk＝90°时，如图3所示，随动回路将不具备使内框架角β_yk＝0的功能，此时，如果基座带动随动框架和外框架一起绕内框架轴转动时，则内框架角将不为0。进一步，如果内框架上面有限位档钉，则会带动台体转动，从而引起台体相对惯性空间转动。

因此，考虑在四轴惯性平台的基础上再增加一个框架，使得外框架角也始终工作于0，构成五轴惯性平台。定义新增加的框架为外随动框架，而四轴平台的随动框架在五轴平台中被定义为内随动框架。下面举例介绍五轴惯性稳定平台随动回路工作的原理。

首先，五轴惯性稳定平台系统的六个本体坐标系定义如图1所示，从中可以看出各本体坐标系之间关系。在图1中，设β_zk为内框架相对台体的相对角度，β_yk为外框架相对内框架的相对角度，β_xk为内随动框架相对外框架的相对角度，β_yk′为外随动框架相对内随动框架的相对角度，β_xk′为基座(箭体)相对外随动框架的相对角度。

在β_zk＝0、β_yk＝0、β_xk＝0、β_yk′＝0、β_xk′＝0时，包含台体、内框架、外框架、内随动框架、外随动框架和基座的平台结构如图2所示。此时，平台框架可以隔离基座的角运动，台体相对惯性空间稳定，且可保证内框架角β_yk＝0、β_xk＝0。在内随动回路不工作时，如果基座OX₁轴上存在角速度ω_x1，基座会带动随动框架、外框架绕内框架轴转动，使得转动角度β_yk不为0。而在内随动回路工作时，以β_yk作为控制器的输入量，作用到随动轴电机以克服角速度ω_x1，实现了内框架角β_yk＝0。同理，外随动回路的作用是保证外框架角β_xk＝0。

但有一个特殊情况，不能保证外框架角β_xk＝0。当β_yk′＝90°时，如图3所示，外随动回路将不具备使外框架角β_xk＝0的功能，此时，如果基座带动外随动框架和内随动框架一起绕外框架轴转动时，则外框架角将不为0。

为此，需要研究一种使五轴惯性稳定平台系统外框架角度β_xk始终为0的解耦方法。

发明内容