航空遥感用惯性稳定平台动力学耦合分析

航空遥感用惯性稳定平台承载重量较大的成像载荷,系统相对复杂,耦合明显。根据航空遥感用三轴惯性稳定平台的结构特点,应用矢量叠加原理推导了平台环架运动学方程,建立了欧拉动力学模型,并分析了基座运动情况下各环架间的动力学耦合误差。仿真结果表明,基座对平台环架耦合较大,环架交叉耦合相对较小,且在外界干扰下基座及环架间的耦合加强。研究结果为稳定平台控制系统设计提供了依据。     

航空遥感三轴惯性稳定平台双速度环控制

航空遥感三轴惯性稳定平台用于稳定成像载荷,获取高分辨率的遥感数据。针对惯性稳定平台视轴稳定控制中单速度环对干扰力矩抑制的不足,提出采用以编码器进行数字测速构成速度内环、利用速率陀螺构成速度外环的双速度环复合控制方案,将稳定回路抗内部干扰功能和隔离外界干扰功能分开设计实现,以提高系统稳定精度。分别对单速度环和双速度环对扰动的抑制能力进行了理论分析和对比,并在理论分析基础上,对单速度环和双速度环的扰动抑制能力进行了Matlab仿真分析和实验验证。结果表明：与单速度环相比,双速度环可明显减小质量偏心、摩擦等主要内部干扰以及外部基座低频扰动造成的稳态误差,静基座摇摆伺服稳定角速度RMS值减小了52.3%,静基座调平姿态精度RMS值减小了22.1%,动基座调平姿态精度RMS值减小了37.4%。     

航空遥感惯性稳定平台振动特性分析与隔振系统设计

针对航空遥感三轴惯性稳定平台隔离高频线振动的要求,在振动环境分析的基础上,以振动传递率为评价指标,对周期性干扰下惯性稳定平台的一次和二次隔振系统动力学模型进行了Matlab仿真及振动特性分析,进而对某轻小型惯性稳定平台的隔振系统进行了设计,最后为验证隔振系统效果,对惯性稳定平台进行了振动测试实验。实验结果表明:惯性稳定平台在受到30~500 Hz的外界干扰时能够平稳工作,且指向精度保持在0.2°以内,表明隔振系统设计合理有效。     

航空遥感用三轴惯性稳定平台不平衡力矩前馈补偿方法

航空遥感用三轴惯性稳定平台用于稳定成像载荷,获取高分辨的遥感数据。但是由于稳定平台承载大且存在质量偏心,在载机加速度的作用下平台产生幅值较大的不平衡力矩,导致平台的稳定精度下降和相机成像质量退化。为了有效抑制不平衡力矩产生的影响,提高平台的稳定精度,提出了一种基于不平衡力矩观测器的惯性稳定平台不平衡力矩前馈补偿方法。首先设计一种不平衡力矩观测器,实时估计出平台的不平衡力矩;然后通过前馈补偿的方法抑制不平衡力矩的作用,从而达到提高平台的稳定精度的目的。仿真结果显示,平台的稳定精度得到大幅度提高,基于不平衡力矩观测器的惯性稳定平台不平衡力矩前馈补偿方法有显著补偿效果。     

基于三环控制的惯性稳定平台不平衡扰动建模

不平衡扰动是惯性稳定平台的主要扰动因素之一,严重影响惯性稳定平台的稳定和跟踪性能,而且由于其形成原因的复杂性,对于惯性稳定平台的不平衡扰动,建立精确的模型比较困难。本文从不平衡扰动的来源出发,在惯性稳定平台三环控制系统模型的基础上,考虑到基座角运动和摩擦等扰动会使得平台偏转,而在偏转角的作用下会产生平台的不平衡扰动,进而完成不平衡扰动的建模。研究表明,不平衡扰动会对平台的性能造成较大影响,而且当干扰角运动幅值较大时,在不平衡扰动的作用下,系统角度输出稳态值会大大超过精度要求。研究成果为分析不平衡扰动对惯性稳定平台的影响提供了具体的模型依据,并为稳定平台不平衡扰动抑制方法的研究提供了对象条件。     

航空遥感惯性稳定平台内框架拓扑优化设计

为了提高航空遥感惯性稳定平台动态性能,减小振动环境对光电载荷成像质量的影响,基于变密度法的拓扑优化理论,采用NX/TOSCA软件,以结构加权柔度最小化为目标函数,以节点的变形量和体积比约束为设计响应限制,对航空遥感惯性稳定平台内框架进行了拓扑优化设计。依据优化结果,对内框架具体结构形式进行了详细设计。采用NX/Nastran软件对优化后的内框架结构进行了仿真分析。静态分析结果显示,内框架最大变形量为3.5μm,满足指向精度误差分配的要求;模态分析结果显示,内框架结构一阶频率由260 Hz提高到334 Hz,其刚度满足伺服带宽的要求。拓扑优化设计使得内框架的质量由3.6 kg减小到1.8 kg,有利于平台轻量化的实现。最后,通过对指向精度和稳定精度的检测数据以及外场的飞行试验,验证了仿真分析的正确性,表明对内框架拓扑优化设计是成功的。     

行进间瞄准线稳定技术

针对两自由度稳瞄转台提出了行进间瞄准线两级稳定策略。为了克服稳瞄转台基座扰动对瞄准线的影响，利用微陀螺惯性测量组合(MEMIMU)测量出六个扰动参数(三个平动以及三个转动)，解算出瞄准线新的方位与俯仰值，实现第一级稳定；然后利用CCD成像技术，通过操作员控制方向手柄，使得瞄准线稳定地跟踪上机动目标。该技术特别适合于海况中精确瞄准问题以及晃动基座情况下的定向通讯稳定等。     

机抖激光陀螺动力学特性研究

在构建激光陀螺捷联系统时,三个激光陀螺安装在同一个基座上.由于三个陀螺振子都在进行高频角振动,激励基座产生耦合振动,造成陀螺是在振动基座环境下工作,引起激光捷联系统的抖动耦合误差,导致系统导航精度下降.采用有限元方法研究了机抖激光陀螺的动力学特性和振动模态,以及机抖激光陀螺的振子抖动对基座的影响和外界激励条件下陀螺的响应.通过压电陶瓷激励下陀螺的频率响应分析,实现了激光陀螺工作状态下的动力学仿真,可以获得陀螺工作时激光陀螺任意位置的动力学响应信息,从而为激光陀螺和基座的结构设计提供评判依据,也为分析激光捷联系统的抖动耦合误差开辟了新途径.     

惯性稳定平台扩张状态观测器/PD复合控制

为提高惯性稳定平台控制系统的稳定精度,在常规PID控制的基础上提出了一种扩张状态观测器与PID相结合的复合控制算法。利用扩张状态观测器将惯性稳定平台的各种内部扰动和外部扰动都视为总和扰动并观测出来,然后通过PID控制器进行误差反馈控制,从而提高控制系统的扰动抑制能力与稳定精度。以Lu Gre摩擦模型加入控制模型进行仿真分析,并通过北航自研的惯性稳定平台进行实验验证。结果表明:扩张状态观测器/PD复合控制方法具有高的扰动抑制能力,可显著提高稳定平台稳定精度。相比常规PID方法,扩张状态观测器/PD复合控制使横滚框和俯仰框的稳定精度分别提高了33.23%和55.01%。     

液浮陀螺仪过载振动复合环境试验

为了验证航天飞行器惯性制导器件在过载振动复合环境下的环境效应和适应性能力,以液浮陀螺仪为研究对象,基于刚柔耦合的多体动力学理论,简要分析了过载振动复合环境对惯性器件的耦合影响机理。基于离心机-振动台综合离心试验平台,建立了惯性仪表过载振动复合环境试验方法,开发了惯性仪表过载振动复合环境试验专用采集系统,并开展了惯性仪表过载振动复合环境效应试验研究。试验结果表明,过载振动复合环境对惯性仪表输出值的影响具有耦合效应。因此,对惯性仪表类产品进行环境适应性考核时,应当使用与真实飞行环境更为一致的过载振动复合环境试验方法。     

车载稳瞄/惯导一体化技术

结合稳瞄系统和自主寻北定位定向系统的特点,研究了车载稳瞄/惯导一体化技术,阐述了车载稳瞄/惯导一体化系统的工作原理,进行了稳瞄/惯导一体化系统的总体设计。在随机调转的稳瞄平台上布置陀螺仪和加速度计组成惯性测量组件(IMU),IMU同时向稳瞄系统和导航系统提供信号,稳瞄平台在运动中完成瞄准的同时,解算出平台的姿态矩阵,通过平台环架转动夹角的角度量,获得车体姿态矩阵,以此得出车体的加速度在导航坐标系上的分量,最终完成航迹推算。通过跑车试验表明,稳瞄/惯导一体化算法是正确与实用的。     

航空重力与重力梯度测量对惯性稳定平台的需求分析

从航空重力与重力梯度测量原理出发,先后导出航空重力与重力梯度测量的观测方程和测量误差方程,然后依据地球重力场特征和功率谱的相关理论,结合航空重力与重力梯度测量中的GPS定位、惯性稳定平台的指向和稳定性、加速度计和梯度仪的误差模型,分析了航空重力与重力梯度测量对稳定平台的需求,在此基础上以航空重力测量中国外常用的双水獭(Twin-Otter)固定翼飞机的实际飞行参数为例,通过数值计算给出了航空重力测量分辨率达到1 mGal时,对惯性稳定平台的角度指向精度、稳定性和随机漂移的要求分别为0.0005°、0.006°/h/Hz和0.0003°/h;航空重力梯度测量分辨率1 E时,对稳定平台对应的指标要求分别降低为0.5°、0.01°/hr/Hz和0.01°/hr。     

Onboard Stabilization of the Information and Measurement System in the Double Gimbal Suspension of Aircraft

International Applied Mechanics - The synthesis of control laws for an inertial stabilized platform (ISP) designed for stabilizing the image of an observed target in observer’s field of view...     

动态结构耦合性分析方法在导航系统中的应用

把将MIMO控制系统中的动态结构耦合性分析方法应用于导航系统中，并以平台罗经和惯导系统初始对准方程为例，说明了本方法可以揭示输入、输出变量中的最佳配对关系，为导航系统解耦分析、简化参数设计提供了依据。     

具有短期惯导功能的平台罗经原理比较分析

具备短期惯导功能是光今平台罗经发展的主流。传统的摆式罗经、惯性导航系统和具有短期惯导功能的平台罗经系统在原理和应用上有着密切的联系和一定的差异。本文从八个方面对三者的区别和联系进行了不同深度地讨论。指出三种系统最核心的差异是找北原理的差异,其它区别多数是围绕这一差异在不同方面的表现。从这些分析中已可以较清晰地理解具有短期惯导的平台罗经系统介于传统的摆式平台罗惯性导航系统的特点和地位,这对于明确具有     

基于大失准角时变参数罗经初始对准算法

为了解决大失准角条件下的捷联惯导初始自对准问题,通过分析捷联惯导系统大失准角误差模型,利用平台惯导系统罗经对准原理,提出了一种新的捷联惯导系统罗经对准方案。该方案的具体实现划分为三个阶段:方位角未知情况下的水平对准;大失准角时变参数罗经方位对准;定参数罗经对准。该方案通过实时调节罗经参数缩短了对准时间;利用大方位失准角模型代替小失准角模型,在算法收敛阶段更加准确地描述了捷联惯导系统的误差传递方式。仿真试验表明,使用陀螺随机漂移稳定性为0.01(°)/h的捷联惯导系统,该对准方案能在60 s内方位精度到达1°,并能在对准结束时达到3’的方位对准精度。     

惯性平台稳定回路的变结构控制

本文讨论了惯性平台稳定回路的变结构滑模控制规律的设计问题。在二自由度陀螺稳定平台中,稳定回路通常按角度输入进行设计,但是这种系统的动态误差主要来自舰船摇摆时轴上的摩擦力矩引起的稳定误差,因此,用经典方法设计的控制规律在实际使用中动态误差较大。本文用变结构滑模控制方法设计了控制规律,仿真结果表明变结构稳定回路的抗干扰能力和跟踪性能得到了较大的改善,提高了惯性稳定平台的可靠性和精度。     

可靠性物理技术与导弹惯性平台贮存寿命预测

－本文在分析导弹惯性平台贮存试验数据的基础上，运用可靠性物理技术，研究探索了惯性平台贮存失效机理，建立了惯性平台贮存寿命可靠性物理模型，提出了预测惯性平台贮存寿命的计算方法。     

惯性平台温控系统精度研究

本文阐述了惯性平台温控系统温度控制精度和平台内温度场分布的均衡性对惯性导航系统精度的影响，着重介绍了惯性平台温控系统精度的控制技术，并且对惯性平台稳态加热功率进行了工程计算。