CN106840193A - 一种惯性测量线角耦合抑制方法 - Google Patents

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綦祥
许东欢
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Abstract

本发明涉及一种惯性测量线角耦合抑制方法，为解决非对称、大横截面外形下惯性测量组合线角耦合严重的难题，其步骤是：先分析惯性测量组合对象质心分布情况，再设计配平块进行质心配平对线角耦合进行改善，最后针对对象频率特性设计低通滤波器进一步减小线角耦合。与现有技术相比，其优点和效果是：可在异形非对称结构下保证对线角耦合的抑制效果，可操作性强；针对不同的设计对象，采取更改配平块位置、大小以及滤波带宽即可完成设计，适应性好。

Description

一种惯性测量线角耦合抑制方法
技术领域
本发明涉及一种惯性测量线角耦合抑制方法，主要是针对具有非对称、大横截面结构特征的惯性测量组合的线角耦合抑制。
背景技术
惯性测量组合是飞行器的惯性测量元件，其主要功能是实时敏感飞行器的角速度与加速度信息，并向控制系统提供关键的姿态与过载信息。随着飞行器对航程、速度、高度、机动性要求的不断增加，留给惯性测量组合的设计空间越来越小，导致惯性测量组合外形多为异形、非对称结构；另一方面，随着飞行器性能的增加，飞行工况日益复杂，对惯性测量组合的力学适应性要求更加严苛，惯性测量组合中的光纤陀螺、加速度计等敏感元件在非对称结构中多采用偏心安装，在线振动时如不采取有效措施将产生较大的角振动交连输出，即线角耦合。
为抑制惯性测量组合线角耦合，传统的方法仅采用安装阻尼减振器的解决措施，但由于结构异型设计造成不同位置的减振器受力不均，且受限于减振器个体差异以及易受环境影响等特性，单纯使用减振器的方案在实际中并不能很好的解决线角耦合问题。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种惯性测量组合在抑制线角耦合方面的有效设计方法，使惯性测量组合在异形、非对称外形条件下可有效地抑制线角耦合。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下的技术方案实现的，一种惯性测量线角耦合抑制方法，包括如下步骤：
步骤1）进行质心配平
分析惯性测量组合在现有结构约束下的质心分布情况，采用高密度金属进行三维质心配平，使惯测组合本体结构质心与减振器包围结构的几何中心重合；
步骤2）分析配平后的惯性测量组合的频率特性
对惯性测量组合进行线性扫频与定频的测试，根据测试结果分析惯性测量组合线角耦合的频率分布情况，以此分析结果并考虑飞行器控制系统指标要求；
步骤3）针对对象频率特性设计低通滤波器进一步减小线角耦合。
进一步，所述步骤1）中采用钨钢进行三维质心配平。
优选的，若是所述步骤1）中质心偏向陀螺仪安装一侧，则在另一侧加装配平块；若是质心偏向远离陀螺仪一侧，则在陀螺仪安装一侧加装配平块。
进一步，所述步骤3）中考虑相位与幅值变化情况，要求在高频幅值衰减快速，中低频相位损失小，采用二阶低通滤波器。
优选的，采用质心配平与低通滤波复合抑制，同时低通滤波采用二阶滤波器，滤波器的设计形式为：
(1)
式中：A、B、C、D、E、F——滤波器参数。
引入低通滤波后，不仅对高频振动引起的线角耦合有抑制效果，同时使陀螺对高频的干扰以及噪声产生抑制，可保证飞行器控制系统在高频段的稳定性。
本发明与现有技术相比，其优点和有益效果是：
1）适应性强
相比单独使用减振器的方案，本方案在温度以及振动等环境下的适应性更强，不会因环境的变化改变抑制效果；同时可针对各种异形、非对称结构进行设计。
2）可操作性强
设计方法实用、简便，可有效节约成本与时间。
附图说明
以下将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
图1是本发明的一种惯性测量线角耦合抑制方法中质心配平的示意图；
图2是本发明中低通滤波器频率特性的举例示意图；
图3是本发明前、后惯性测量组合的角速度频率响应。
具体实施方式
本发明具体实施例的一种惯性测量线角耦合抑制方法，其步骤是：
1进行质心配平
首先，对惯性测量组合进行质心分析，采用钨钢等高密度金属进行三维质心配平，根据分析后的结果在惯性测量组合中安装配平块，安装示意图如图1所示。
2分析配平后的惯性测量组合的频率特性
对惯性测量组合进行线性扫频与定频的测试，根据测试结果分析惯性测量组合线角耦合的频率分布情况。以此分析结果并考虑飞行器控制系统指标要求，进行低通滤波器设计，典型低通滤波器的频率响应如图2所示。
3进行低通滤波器设计
考虑相位与幅值变化情况，低通滤波器一般选择二阶滤波器，公式如下： (1)
式中：A、B、C、D、E、F——滤波器参数。
图3是发明前（未加质心配平与滤波）、发明后惯性测量组合的频率响应曲线对比。
由于飞行器线角耦合问题主要产生于Y、Z轴线振动耦合到X轴角输出。故以此为例，采用本发明前、后线角耦合的情况可由下表所示。
由上表可见，采用本发明前、后的线角耦合区别明显，最大缩小幅度为6g量级Z方向130Hz定频测试时，X轴陀螺输出由93.8(º/s)变为2.6(º/s)，减小了91.2(º/s)，缩小了36倍。其他各轴在采用本发明后也变化明显，线角耦合基本均减小了一个量级。
本发明虽然已将实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种惯性测量线角耦合抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1）进行质心配平
分析惯性测量组合在现有结构约束下的质心分布情况，采用高密度金属进行三维质心配平，使惯测组合本体结构质心与减振器包围结构的几何中心重合；
步骤2）分析配平后的惯性测量组合的频率特性
对惯性测量组合进行线性扫频与定频的测试，根据测试结果分析惯性测量组合线角耦合的频率分布情况，以此分析结果并考虑飞行器控制系统指标要求；
步骤3）针对对象频率特性设计低通滤波器进一步减小线角耦合。
2.根据权利要求1中所述的惯性测量线角耦合抑制方法，其特征在于，所述步骤1）中采用钨钢进行三维质心配平。
3.根据权利要求1中所述的惯性测量线角耦合抑制方法，其特征在于，所述步骤1）中质心偏向陀螺仪安装一侧，则在另一侧加装配平块。
4.根据权利要求1中所述的惯性测量线角耦合抑制方法，其特征在于，所述步骤1）中质心偏向远离陀螺仪一侧，则在陀螺仪安装一侧加装配平块。
5.根据权利要求1中所述的惯性测量线角耦合抑制方法，其特征在于，所述步骤3）中考虑相位与幅值变化情况，要求在高频幅值衰减快速，中低频相位损失小，采用二阶低通滤波器。
6.根据权利要求1中所述的惯性测量线角耦合抑制方法，其特征在于，采用质心配平与低通滤波复合抑制，同时低通滤波采用二阶滤波器，滤波器的设计形式为：
(1)
式中：A、B、C、D、E、F——滤波器参数。
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