基于微型槽和充氦气的惯性平台散热效果分析

惯性平台系统温度过高和剧烈变化是影响惯性导航系统导航精度的重要因素。为提升惯性平台系统的散热能力,提出了基于微型槽和充氦气的改进散热方法,并对散热效果进行分析。以某平台系统结构为对象,根据惯性平台系统传热机理,分析了当前惯性平台散热能力较差的原因。针对微型槽增大面积、填充氦气等散热方法开展数值仿真分析,并通过缩比样件的散热实验进行验证。实验结果表明,在强迫对流的基础上将两种方法结合使用,可使平台温度较改进前降低9.7℃,有效证明了两种散热方法的可行性及散热效果,为后续惯性平台系统的热设计提供指导。

高精度惯性平台连续自标定自对准技术

提出了一种新的惯导误差系数标定方法———连续自标定自对准方法。利用外部参考力矩驱动平台按照一定角速度旋转,在平台加矩角速度、地球自转角速度和重力加速度的影响下,惯导平台的加速度表输出包含陀螺误差系数、加速度表误差系数、平台对准误差以及陀螺和加速度表的安装误差等全部误差信息,并由此得到平台失准角动态方程与加速度表的输出方程。在设计的平台连续旋转轨迹下,使用迭代Kalman滤波获得了全部平台误差系数的精确估计。与传统的多位置翻滚标定方法相比,该方法标定时间短,标定精度高,系统误差参数估值具有良好的收敛性。

基于干扰观测器的惯性平台摩擦补偿方法

为研究摩擦对惯性平台跟踪性能的影响,根据摩擦力的Stribeck曲线建立了平台伺服系统中的摩擦力矩仿真模型,并提出用干扰观测器的方法来补偿其干扰.在介绍了干扰观测器的设计方法的基础上,建立了带有摩擦干扰的平台跟踪系统的控制模型.仿真结果表明,干扰观测器对摩擦干扰力矩有很好的补偿作用,使惯性平台的跟踪精度和抗干扰能力得到了提高.

惯性平台在系统中多位置翻滚自标定方法

影响惯性制导导弹命中精度的主要因素是制导工具误差,而平台的测量误差是其中的主要成分.深入研究惯性平台在系统中的在线标定方法,建立了惯性平台的陀螺仪误差模型及加速度表误差模型,提出了最优多位置翻滚试验方法,通过惯性平台多位置翻滚自标定仿真试验分析了自标定精度的影响因素.仿真结果表明,该方法能有效分离各误差系数,绝大多数误差系数分离精度优于99%,从而提高了导弹的命中精度.

陀螺惯性平台视轴稳定双速度环串级控制的研究

针对光电跟踪系统视轴稳定采用由速率陀螺构成的单速度环伺服控制的不足,本文提出采用以直流测速机为测量反馈元件构成模拟速度内环,利用陀螺的“空间测速机”功能组成数字稳定外环的双速度环串级控制结构。将速度稳定环的抗摩擦力矩干扰功能和隔离载体扰动功能分开设计实现。从系统抗干扰性、鲁棒性等方面与单环控制进行了理论分析和比较。伺服控制器分别采用有源PI校正和时间最小参数自调整PID控制算法。在四轴稳定跟踪转台上的性能测试结果达到了系统要求的稳定精度,表明该方法能明显减小载体扰动造成的误差,在一定的测量噪声和加速度敏感度范围内,能够有效地隔离载体扰动,控制性能良好。

惯性平台稳定回路的自抗扰控制

提出、设计了惯性平台稳定回路的自抗扰控制,并进行了计算机仿真。结果表明,该系统具有强鲁棒性、快速性、精度高等特点。是一种应用在实际平台系统中理想的控制器。

车载惯性平台稳定位置解算算法

根据船摇位置自稳定的思想,提出了基于坐标转换的惯性平台位置稳定解算算法。该算法通过坐标变换实时解算出惯性平台相对载体的位置值并将其作为位置稳定控制的位置环输入,从而有效隔离载体对平台位置的干扰,实现平台的稳定。实验结果表明:平台的外框架稳定精度为0.1 mrad,内框架稳定精度为0.3 mrad,满足了指标1 mrad的要求。该算法有效地解决了车载惯性平台的稳定性问题,提高了整个稳定系统的性价比。

惯性平台热场分析及热设计的改进

通过对某型惯性平台的热场进行有限元分析,确定了在原设计温度控制点控制范围内该型惯性平台的环境温度适应能力。利用传热学理论,对平台中的强化换热进行了简单的理论分析及计算并提出了改进方案,以期对该型惯性平台环境温度适应性的提高奠定基础。

一种新的惯性平台快速连续旋转自对准方法

针对惯性平台静基座初始对准中精度和时间受到试验条件限制的问题,提出了一种通过平台连续旋转的进行快速自对准方法。首先,推导了惯导平台连续旋转过程中的平台失准角模型;然后,采用输出灵敏度理论分析了连续旋转条件下惯导平台系统的可观测性;最后,对设计的平台连续旋转路径进行了仿真试验。仿真结果表明:本文提出的自对准方法突破了传统静态自对准方法中存在的可观测性局限,可快速对失准角进行估计,有效提高了平台对准精度。

惯性平台稳定回路多闭环串级控制

针对惯性平台稳定回路中采用速率陀螺构成单速度环伺服控制系统的不足,本文提出采用直流测速机为电机转速测量反馈元件构成数字速度内环,采用陀螺为载体转速测量元件构成数字稳定外环组成双速度闭环串级控制结构。在常规的跟踪系统PI控制方式中,实现了由电流环,速度环,稳定环构成的三闭环控制模式,并和电流环、单速度稳定环构成的双闭环控制方式进行比较。实验结果表明:在扰动频率较高环境下,采用单速度环即可获得较好的稳定精度。而采用双速度环提高了系统对低频的抑制能力,并且对摩擦等非线性因素有更好的抑制作用。

静基座下惯性平台初始自对准技术

针对框架式惯性平台系统能够绕框架轴自主转动的特点,提出一种基于粗对准+精对准的静基座下惯性平台快速初始自对准方法。该方法首先利用重力矢量随地球自转的特点,快速实现惯性平台的粗对准。在此基础上,通过设计加矩方案令平台绕天向轴旋转并采用Kalman滤波技术,完成惯性平台的精对准。仿真算例表明,该方法能够在720 s内实现惯性平台水平姿态角小于5"(1σ),方位姿态角小于12"(1σ)的自对准精度,有效地提高了系统的响应速度和导航精度。

惯性平台姿态在高精度摇摆台上的标校方法

为提高自身不能提供姿态调整手段的惯性平台在高精度转台上的动态试验精度,设计了独特的安装及标校方法。利用新设计的方位标定装置,使用光学经纬仪及电子水平仪将方位标定装置上的光学六面体的法线与高精度转台的方位轴线取齐。然后,拆下方位标定装置,摇摆台置零,安装水平调整机构。将电子水平仪放置到水平调整机构的安装平板上,调节水平调整机构,将安装平板调平。安装惯性平台,将电子水平仪放置到惯性平台的水平基准平台上,再次调节水平调整机构,使电子水平仪的输出与转台示值一致,从而达到惯性平台与高精度转台水平取齐的目的。随后以光学经纬仪为过渡基准,将惯性平台的光学方位基准与高精度转台方位取齐,从而达到惯性平台与高精度转台坐标系对齐的目的。

惯性平台不平衡力矩测试方法及补偿控制

为了消除惯性平台在导弹飞行过程中受到的不平衡力矩对其稳定性和跟踪精度的影响,提出了惯性平台不平衡力矩的测试和补偿方法.在得出平台内外框架静平衡条件的基础上,采用多个称重传感器对内外框架进行测试,得到每个框架不平衡力矩值,从而推导出在弹体运动的动态环境下内外框不平衡力矩的算式.根据不平衡力矩测试结果和算式,建立了基于不平衡力矩补偿的惯性平台内框控制模型.通过MATLAB/Adams对该模型进行联合仿真,结果表明了该补偿方法的有效性.

浮球式惯性平台连续翻滚自标定自对准方法

针对浮球式惯性平台系统的标定与初始对准问题,提出了一种基于姿态角的连续翻滚自标定自对准方法。根据浮球平台工作原理,建立了惯性器件误差模型,推导了浮球平台的姿态动力学方程;设计了平台在重力场连续翻滚的施矩方案;利用分段线性定常系统和输出灵敏度理论分析了系统的可观性。仿真结果表明,该方法可以同时实现平台系统42项误差系数的高精度标定与初始对准,有效地提高了系统的测量精度。

光纤陀螺惯性平台数字稳定回路设计

为了延长某型导弹训练惯性平台的使用寿命,提出了组建光纤陀螺惯性平台稳定系统的设计方案。该新型惯性平台系统在原有平台机械结构的基础上,采用干涉式光纤陀螺代替原有的气浮单自由度陀螺仪作为惯性平台的敏感元件。重新建立了平台系统稳定回路的数学模型,并运用经典博德图方法设计了系统的校正网络,给出了基于DSP的数字校正网络的实现方法。Simulink仿真结果表明,该数字稳定回路具有较好的动态性能和稳态性能,能够满足系统的设计要求。经初步实验验证,该光纤陀螺惯性平台系统已实现功能要求。目前该方案已应用于某型导弹的平台改造研制中。

高精度惯性平台十六位置自标定方案

针对惯性平台系统多位置自标定的误差系数个数还较少的现状,提出了一种平台十六位置自标定方案。通过对惯性平台系统惯性器件输出误差模型和惯性器件安装误差的详细分析,推导出了包含51项误差参数的平台系统误差模型。结合方程组有最小二乘解的理论,提出了适合平台多位置自标定系统的可观测性分析方法,并以此为指导,提出了平台多位置自标定系统的优化指标。根据此指标,结合平台信息矩阵的特点,得到了一种最优位置组合的数值搜索算法,并得到十六位置自标定方案。仿真结果显示,此十六位置自标定方案可以较高精度的估计出平台系统的全部51项误差参数。研究结果表明,用尽可能少的位置来高精度的辨识出尽可能多的平台误差参数是可实现的。

某型惯性平台安装标校方法

为有效地提高惯性平台的维修性和互换性,给某型惯性平台设计了独特的安装及标校方式。此方法中惯性平台在安装标校时,本身不提供姿态调整的手段,而是通过带有代表惯性平台的水平及方位基准的安装检测平板作为安装标校工具。标校时,使用光学经纬仪及电子水平仪对安装检测平板上的代表惯性平台的水平及方位的光学六面体及水平基准面进行标定。以陀螺经纬仪、光学经纬仪为过渡基准,通过旋转艏向安装固定销达到将安装检测平板的光学方位基准与船体方位基准对齐的目的。以差分电子水平仪为基准,通过研磨安装固定销下垫片的厚度达到安装检测平板的水平姿态与船体基准水平平板水平姿态一致的目的。最终使用螺钉将安装固定销固紧。这样同型号的惯性平台在舰船的任意情况下将实现安装上的互换,而不需要进行二次标校。

最优控制在车载惯性平台稳定回路中的应用

在分析车载惯性平台数学模型的基础上,针对平台的扰动特性,提出了稳定伺服回路的一种改进型线性二次高斯(LQG)控制方法。该方法在反馈中加入了积分项,可以消除稳态偏差,并且依据滤波器收敛性的判据,分别利用Sage-Husa自适应滤波算法和强跟踪Kalman滤波器进行状态估计,既保证了估计精度,又具有跟踪突变状态的能力。仿真和实验表明:该方法在一定程度上降低了对系统模型误差和噪声统计特性误差的要求。

惯性平台稳定回路的自抗扰控制

讨论了惯性平台稳定回路自抗扰控制的设计问题。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。但这些性能指标之间是有矛盾的。采用经典的控制方法综合设计校正时,往往取折中的方案,很难兼顾所有的性能。仿真结果表明,用自抗扰控制方法设计控制规律,其稳定回路跟踪能力和抗干扰能力得到了较大的改善,提高了惯性稳定平台的可靠性和精度。

惯性平台框架类结构件的试验模态分析

为了更好的设计和改善结构的动态特性,从而提高产品及工程的质量,应用结构动态分析和计算方法,针对某型号惯性平台框架类结构件进行了模态试验分析,得出了各结构件在0～2000Hz内的各阶固有频率和振型,并通过将试验模态分析的结果和有限元分析结果进行对比,对有限元建模和分析结果的正确性给予了验证.最后,文中提出了各框架结构件设计中存在的薄弱点和相应的优化措施,为今后结构的设计改进和动力学分析奠定了基础.