当前课程知识点：惯性导航原理 > 第六章 平台式惯导系统 > 6.4平台式惯导系统导航原理 > 6.4.1 解析式平台系统
大家好
从总体上来讲
惯性导航必须解决两个问题
一是利用惯导系统
建立一个三维空间的导航坐标系
解决信号测量的基准问题
二是利用加速度计测得载体
相对导航坐标系的运动信息
经过解算得到载体的速度
和位置等导航参数
根据工程应用
平台式惯导系统
所建立的导航坐标系
一般可分为惯性坐标系
和地理坐标系两种
不同坐标系的选择就构成了
平台式惯导系统的不同方案
分别称为解析式平台系统
和半解析式平台系统
这一讲
我们一起学习
解析式平台系统导航原理
两个内容
一
导航坐标系的建立
二
导航参数解算
解析式平台系统
是由陀螺稳定平台
与相应的电子线路组成的系统
建立的是惯性坐标系
即平台台体始终相对
惯性坐标系无转动
相对惯性空间稳定
陀螺稳定平台
一般都是选用三轴的
如图所示
由单自由度陀螺仪
构成的三轴陀螺稳定平台
要稳定三个正交轴向
因此需要三条稳定回路
每一条稳定回路的工作过程
与前面讲过的单轴平台稳定过程类似
均是以陀螺仪作为敏感元件
相应轴上的力矩电机
为执行元件构成的负反馈控制
平台此时是在几何稳定工作状态
但需要注意的是
单自由度陀螺仪
在平台台体上的安装要求
是其敏感轴OY
与平台被稳定的轴相平行
我们来看这样一个动画演示
在稳定回路作用下
平台台体相对惯性空间不动
如果载体绕平台台体轴向
OZp出现转动姿态角Φ
平台的框架结构决定了
平台的外环轴
内环轴将随载体一起转动
偏离初始位置Φ角度
而陀螺GX GY的敏感轴
仍稳定在原来的初始方向
此时两个陀螺既能敏感平台
沿外环轴方向的干扰转动角速度
又能敏感到沿内环轴方向的
干扰转动角速度
如果陀螺GX GY的
输出信号经放大后
仍然直接输入到相应的
外环轴内环轴上的力矩电机
这时不但不能平衡
相应轴向上的干扰力矩
而且还可能增加了新干扰力矩
进一步破坏了平台的稳定工作
可见
在此情况下
GX GY陀螺的输出信号
必须经坐标变换器
按转动角度做适当的分配后
才能分别输入到外环轴
及内环轴力矩电机以控制平台
使其稳定
下面介绍坐标变换器的工作原理
坐标变换器相当于
一个正余弦旋转变换器
绕组排列如图所示
E1和E2为定子绕组
分别接在GX GY信号传感器上
定子绕组本体和平台台体轴相固联
E01和E02为转子绕组
分别接到外环轴
和内环轴力矩电机
控制绕组的相应通道上
转子绕组本体则和内环相固联
因此
当平台绕台体轴向
OZp出现转动姿态角Φ时
对应的正余弦旋转变换器定子绕组
和转子绕组相对转动角度Φ
转子绕组输出有这样的投影关系成立
可以看出
当偏转角Φ=0时 E01=KE1 E02=KE2
分别由陀螺GX GY单独控制
平台的外环轴和内环轴力矩电机
当Φ不等于0时
通过sin cos的投影关系
将XY两个通道的干扰输入信号
进行有效分解
再分别由陀螺GX GY控制平台的
外环轴和内环轴的力矩电机
完成了信号的转换任务
一般的三环三轴平台
只能工作在有限角度情况下
通常内环轴的转角不大于45度
当绕内环轴转角等于90度时
平台外环轴台体轴重合
出现框架锁定现象
所以
对于机动飞行要求较高的载体来说
三环三轴惯导平台
肯定不能满足要求
消除框架锁定现象的有效途径
是通过附加随动环
将三环三轴平台构成四环三轴平台
三环三轴平台
通过随动轴与随动环相支撑
而随动环的控制
是通过随动回路完成
由内环角度传感器
信号变换放大器
平台随动轴上力矩电机构成
随动回路利用内环轴
角度传感器敏感内框架
和外框架间的相对运动
当内外环之间出现偏角θ时
此偏差角信号经内环轴
姿态角传感器输出
经转换电路变换放大后
驱动随动环轴力矩电机转动
随动环带动外框架一起绕
内环轴向反方向转动θ角
从而保证外环轴
和台体轴始终处于正交状态
导航坐标系建立好了
就可以利用加速度计的
实时输出去解算导航参数了
按照加速度计比力方程定义
加速度计输出信号
只要经过有害加速度补偿后
就能得到相对惯性坐标系的
绝对加速度
经过积分计算后
即可得到相对惯性坐标系
速度位置等导航信息
选取地心坐标系为惯性坐标系
解析式惯导平台台体
相对于地球的位置如图所示
平台上安装3个加速度计
它们的敏感轴组成
三维正交坐标系
平台相对于惯性空间
没有旋转角速度
加速度计的输出信号中
不含有哥氏加速度项和
向心加速度项
只要补偿掉引力分量大G即可
在地心惯性坐标系中
引力加速度矢量G的
数学模型推导比较复杂
但从最终结果可以看出
式子中变化量只是载体
在地心惯性坐标系中的位置矢量r
如果是近地面飞行的载体
也可以用每一r矢量位置的
重力加速度g
替代引力加速度G进行近似计算
需要注意的是
解析式惯导系统的
引力加速度G的补偿比较复杂
实际应用中
位置计算的发散性
使它不宜长时间使用
因此在飞机和舰船等
长航时导航中很少被采用
而主要用于惯性制导系统
关于姿态角的获取
由于解析式平台的框架轴
均安装有姿态角传感器
即可获得载体相对平台的转角
也就是载体相对惯性坐标系的姿态角
好 这一讲的内容就到这里
谢谢大家
-1.1惯性导航基本概念
--1.1.3 小节测试
-1.2惯性导航技术发展史
--1.2 知识导授
--1.2.3 小节测试
-1.3惯性导航常用坐标系
--1.3 知识导授
--1.3.1 小节测试
--1.3.2 小节测试
--1.3.3 小节测试
-2.1陀螺仪的定义及分类
--2.1.3 小节测试
-2.2刚体转子陀螺仪的基本特性
--2.2 知识导授
--2.2.3 小节测试
-2.3陀螺仪运动方程的建立
--2.3 知识导授
--2.3.1 小节测试
--2.3.2 小节测试
--2.3.3 小节测试
-2.4陀螺仪运动特性分析
--2.4 知识导授
--2.4.1 小节测试
--2.4.2 小节测试
-第二章 主观题
-3.1三浮陀螺仪
--3.1.3 小节测试
-3.2静电陀螺仪
--3.2.3 小节测试
-3.3动力调谐陀螺仪
--3.3.3 小节测试
-3.4光学陀螺仪
--3.4 知识导授
--3.4.1 小节测试
--3.4.2 小节测试
--3.4.3 小节测试
-3.5振动陀螺仪
--3.5.3 小节测试
-3.6 原子陀螺仪
--3.6.3 小节测试
-第三章 主观题
-4.1加速度计的测量原理
--4.1.3 小节测试
--4.1.5 小节测试
-4.2石英挠性摆式加速度计
--4.2.3 小节测试
-4.3陀螺积分加速度计
--4.3.3 小节测试
-第四章 主观题
-5.1基本概念
--5.1.3 小节测试
-5.2陀螺仪静态误差模型
--5.2.3 小节测试
-5.3加速度计静态误差模型
--5.3.3 小节测试
-5.4惯性仪表误差标定测试
--5.4.3 小节测试
-第五章 主观题
-6.1陀螺稳定平台功能、组成
--6.1.3 小节测试
-6.2陀螺稳定平台工作原理
--6.2.3 小节测试
-6.3陀螺稳定平台性能分析
--6.3.3 小节测试
-6.4平台式惯导系统导航原理
--6.4 知识导授
--6.4.1 小节测试
--6.4.2小节测试
-第六章 主观题
-7.1捷联式惯导系统工作原理
--7.1.3 小节测试
-7.2 四元数及坐标转换
--7.2.3 小节测试
-7.3捷联式惯导系统导航参数解算
--7.3.3 小节测试
-第七章主观题
