CN107607128B - 一种两轴两框架稳定平台瞄准线精度补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种两轴两框架稳定平台瞄准线精度补偿方法，所述的陀螺分别安装在方位基座、横滚基座和俯仰轴所述的横滚陀螺安装在方位旋转框架上，本发明是在两轴两框架稳定平台结构形式的基础上，为了全面弥补干扰速度分量，减少干扰速度分量对装置稳定精度的影响，通过三个陀螺分别安装于方位基座、横滚基座、俯仰轴的安装方式将干扰速度分量测出并将其弥补，提高平台稳定精度。

Description

一种两轴两框架稳定平台瞄准线精度补偿方法

技术领域

本发明创造属于飞行器负载领域，尤其是涉及一种两轴两框架稳定平台瞄准线精度补偿方法。

背景技术

目前大多数陀螺稳定平台的结构形式为两轴两框架，即将光电传感器置于由方位和俯仰框架组成的两轴两框架平台内，通过俯仰框架上安装的方位陀螺和俯仰陀螺分别敏感方位和俯仰相对惯性空间的运动，然后经控制回路驱动框架力矩电机以克服外界干扰，达到稳定效果。这种两轴两框架平台技术相对较为成熟，但由于该平台技术的陀螺安装形式无法将干扰量全部测出，导致瞄准线精度不高，只适用于低速、轻型、对稳定精度要求不高的稳定平台。

在高精度的光电稳定平台中，广泛采用两轴四框架的稳定方式实现微弧级的稳定，与传统的两轴两框架平台相比，运动隔离性好，稳定精度高。外框架为粗稳定系统，内框架为精稳定系统。利用外框架随动于内框架的工作原理，可以保证内框架的方位和俯仰呈相互垂直状态，俯仰角始终为0，从而消除方位方向上由于几何约束存在的干扰速度分量，达到提高平台稳定精度的目的，这种方法成本较高，且装置重量和尺寸较大，不利于飞机挂载。

现有技术方法大多是在两轴两框架稳定平台结构形式的基础上，通过俯仰框架上安装的方位陀螺和俯仰陀螺分别敏感方位和俯仰干扰角速度，这种方法由于俯仰角的存在导致在方位方向产生了干扰速度分量，现有装置的陀螺安装方式无法测量该干扰速度分量，造成这部分干扰速度分量无法弥补，导致平台稳定精度变差。

此外通过两轴四框架的结构形式，利用外框随动于内框的原理使得俯仰角始终为0，从而消除方位方向上由于几何约束存在的干扰速度分量，达到提高平台稳定精度的目的，这种方法成本较高，且装置重量和尺寸较大，不利于飞机挂载。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种提高平台稳定精度的两轴两框架稳定平台瞄准线精度补偿方法

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种两轴两框架稳定平台瞄准线精度补偿方法，包括步骤如下：

(1)采集稳定平台陀螺信号，计算两轴两框架稳定平台在基座扰动下产生的干扰角速度；

(2)根据步骤(1)得出的结果，令所述的干扰角速度的俯仰坐标系和方位坐标系的干扰角速度为0，得出稳定时电机输出角速度计算公式；

(3)根据(2)所述的计算公式、速率陀螺敏感到的速度和载机干扰角速度，得出电机偏转角速度推导公式；

(4)结合步骤(2)和(3)公式、带入陀螺敏感到的干扰速度量，计算电机偏转角速度。

进一步，步骤(1)还包括计算方位框架干扰角速度ωa，以Y轴为俯仰轴、Z轴为方位轴、X轴为横滚轴，OX_EY_EZ_E为载机坐标系，OX_aY_aZ_a为方位坐标系；设载机坐标系为参考坐标系，方位坐标系方位轴Z_a与载机坐标系方位轴Z_E同轴，ω_E为载机角速度，θ_a为方位框架绕方位轴旋转角，

为方位框架自身转动时的受控角速度；则载机角速度对方位框架的耦合，方位框架干扰角速度ω_a

进一步，步骤(1)还包括计算俯仰框架干扰角速度ωe，以Y轴为俯仰轴，Z轴为方位轴，X轴为横滚轴，OX_aY_aZ_a为方位坐标系，OX_eY_eZ_e为俯仰坐标系；设方位坐标系为参考坐标系，方位坐标系俯仰轴Y_a与俯仰坐标系俯仰轴Y_e同轴，ω_a为方位框架角速度，θ_e为俯仰框架绕俯仰轴旋转角，

为俯仰框架自身转动时的受控角速度；则方位框架对俯仰框架的耦合，俯仰框架干扰角速度ω_e

进一步，步骤(2)算出的俯仰框架干扰角速度的俯仰坐标系和方位坐标系角速度为0

其中所述的

为俯仰伺服回路控制俯仰电机旋转的角速度，所述的

为方位伺服回路控制方位电机旋转的角速度。

进一步，所述的步骤(3)还包括速率陀螺敏感到的速度由电机偏转角速度和载机干扰角速度扰量组成推导出计算电机偏转角速度公式

ω_ay＝ω_TL-ωM

其中ω_ay为载机干扰角速度，ω_M为电机偏转角速度，ω_TL为速率陀螺敏感到的速度。

进一步，步骤(4)还包括，根据方位电机输出的角速度用来弥补方位坐标系横滚轴向干扰角速度向方位轴向耦合的正切值及机载方位轴向上干扰角速度。

其中ω_HGTL是横滚陀螺敏感到的干扰速度量，ω_FYTL是俯仰陀螺敏感到的干扰速度量，ω_FWTL是方位陀螺敏感到的干扰速度量，ω_FYM是俯仰电机当前偏转速度。

进一步，步骤(4)还包括，横滚陀螺安装在方位旋转框架上，由于两轴两框架稳定平台没有横滚轴，所以横滚陀螺敏感到的速度为ω_HGTL＝ω_ax；方位陀螺安装在基座上，方位陀螺敏感到的速度为ω_FWTL＝ω_Ez。

相对于现有技术，本发明创造所述的一种两轴两框架稳定平台瞄准线精度补偿方法具有以下优势：

本发明是在两轴两框架稳定平台结构形式的基础上，为了全面弥补干扰速度分量，减少干扰速度分量对装置稳定精度的影响，通过三个陀螺分别安装于方位基座、横滚基座、俯仰轴的安装方式将干扰速度分量测出并将其弥补，提高平台稳定精度。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的陀螺安装位置示意图；

图2为本发明创造实施例所述的计算方法流程图；

图3为是基座与方位框架耦合坐标系；

图4为方位框架与俯仰框架耦合坐标系；

图5为方位坐标系横滚轴向干扰角速度向方位轴向耦合的正切值示意图。

附图标记说明：

1-方位陀螺敏感轴；2-基座；3-方位框架；4-俯仰框架；5-俯仰轴；6-俯仰陀螺敏感轴；7-横滚陀螺敏感轴；8-方位轴。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图2所示，包括如下步骤：1.现分析两轴两框架稳定平台在基座扰动下产生的干扰角速率，当基座出现扰动时，由于摩擦约束耦合和几何约束耦合，干扰速率沿方位→俯仰的路径传递到光轴，使光轴偏离原来的惯性空间。如图4所示，Y轴为俯仰轴，Z轴为方位轴，X轴为横滚轴。OX_EY_EZ_E可认为是载机坐标系，OX_aY_aZ_a是方位坐标系。

以载机坐标系为参考坐标系。由图3所示，方位坐标系方位轴Z_a与载机坐标系方位轴Z_E同轴。为抵消载机角速度ω_E，方位框架绕方位轴旋转角θ_a，

为方位框架自身转动时的受控角速度。则载机角速度对方位框架的耦合为

其中，ω_a即为载机干扰角速度ω_E对方位框架形成的干扰角速度。

2.方位框架与俯仰框架耦合坐标系如图4所示，Y轴为俯仰轴，Z轴为方位轴，X轴为横滚轴。OX_aY_aZ_a是方位坐标系，OX_eY_eZ_e是俯仰坐标系。

以方位坐标系为参考坐标系。如图4所示，方位坐标系俯仰轴Y_a与俯仰坐标系俯仰轴Y_e同轴。为抵消方位框架角速度ω_a，俯仰框架绕俯仰轴旋转角θ_e，

为俯仰框架自身转动时的受控角速度。则方位框架对俯仰框架的耦合为

其中，ω_e即为方位框架角速度ω_a对俯仰框架形成的干扰角速度。

3.由陀螺稳定平台工作原理可知，负载角速度即速率陀螺敏感到的速度由两部分组成：电机偏转角速度和载机干扰角速度。隔离扰动的本质就是陀螺敏感到的速度量为0，为了隔离干扰，令步骤2算出的俯仰框架俯仰坐标系和方位坐标系角速度为0；

就是陀螺敏感到俯仰相对惯性空间的角速度后，俯仰伺服回路控制俯仰电机旋转的角速度，目的是抵消干扰。

就是陀螺敏感到方位相对惯性空间的角速度后，方位伺服回路控制方位电机旋转的角速度，目的是抵消干扰。

4.由步骤3得出当开启稳定时电机输出角速度计算公式为：

由式(4.4)第一项可知，俯仰电机输出的角速度用来弥补俯仰框架的干扰量，俯仰陀螺安装在俯仰框架上，速率陀螺敏感到的速度由两部分组成：电机偏转角速度和载机干扰角速度，即ω_ay＝ω_TL-ω_M。

由式(4.5)第二项可知，方位电机输出的角速度用来弥补方位坐标系横滚轴向干扰角速度向方位轴向耦合的正切值如图5所示以及机载方位轴向上(可理解为基座方位轴向)的干扰角速度。这两个干扰角速度可以通过方位陀螺和横滚陀螺测得。如图1所示，横滚陀螺安装在方位旋转框架上，由于两轴两框架稳定平台没有横滚轴，所以横滚陀螺敏感到的速度为ω_HGTL＝ω_ax。方位陀螺安装在基座上，方位陀螺敏感到的速度为ω_FWTL＝ω_EZ。

对式(4.4)进一步化简得

ω_HGTL是横滚陀螺敏感到的干扰速度量，ω_FYTL是俯仰陀螺敏感到的干扰速度量，ω_FWTL是方位陀螺敏感到的干扰速度量，ω_FYM是俯仰电机当前偏转速度。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种两轴两框架稳定平台瞄准线精度补偿方法，其特征在于：

(1)采集稳定平台陀螺信号，计算两轴两框架稳定平台在基座扰动下产生的干扰角速度；

(2)根据步骤(1)得出的结果，令所述的干扰角速度的俯仰坐标系和方位坐标系的干扰角速度为0，得出稳定时电机输出角速度计算公式；

(3)根据(2)所述的计算公式、速率陀螺敏感到的速度和载机干扰角速度，得出电机偏转角速度推导公式；

(4)结合步骤(2)和(3)公式、带入陀螺敏感到的干扰速度量，计算电机偏转角速度；

步骤(4)还包括，根据方位电机输出的角速度用来弥补方位坐标系横滚轴向干扰角速度向方位轴向耦合的正切值及机载方位轴向上干扰角速度；

其中ω_HGTL是横滚陀螺敏感到的干扰速度量，ω_FYTL是俯仰陀螺敏感到的干扰速度量，ω_FWTL是方位陀螺敏感到的干扰速度量，ω_FYM是俯仰电机当前偏转速度，θe为俯仰框架绕俯仰轴旋转角，

为方位框架自身转动时的受控角速度，

为俯仰框架自身转动时的受控角速度。

2.根据权利要求1一种两轴两框架稳定平台瞄准线精度补偿方法，其特征在于：步骤(1)还包括计算方位框架干扰角速度ωa，以Y轴为俯仰轴、Z轴为方位轴、X轴为横滚轴，OX_EY_EZ_E为载机坐标系，OX_aY_aZ_a为方位坐标系；设载机坐标系为参考坐标系，方位坐标系方位轴Z_a与载机坐标系方位轴Z_E同轴，ω_E为载机角速度，θ_a为方位框架绕方位轴旋转角，

为方位框架自身转动时的受控角速度；则载机角速度对方位框架的耦合，方位框架干扰角速度ωa

3.根据权利要求1所述的一种两轴两框架稳定平台瞄准线精度补偿方法，其特征在于：步骤(1)还包括计算俯仰框架干扰角速度ωe，以Y轴为俯仰轴，Z轴为方位轴，X轴为横滚轴，OX_aY_aZ_a为方位坐标系，OX_eY_eZ_e为俯仰坐标系；设方位坐标系为参考坐标系，方位坐标系俯仰轴Ya与俯仰坐标系俯仰轴Y_e同轴，ω_a为方位框架干扰角速度，θ_e为俯仰框架绕俯仰轴旋转角，

为俯仰框架自身转动时的受控角速度；则方位框架对俯仰框架的耦合，俯仰框架干扰角速度ωe

4.根据权利要求3所述的一种两轴两框架稳定平台瞄准线精度补偿方法，其特征在于：步骤(2)算出的俯仰框架干扰角速度的俯仰坐标系和方位坐标系角速度为0

其中所述的

为俯仰框架自身转动时的受控角速度，所述的

为方位框架自身转动时的受控角速度，ω_EZ为载机角速度在Z轴上的速度。

5.根据权利要求1所述的一种两轴两框架稳定平台瞄准线精度补偿方法，其特征在于：

所述的步骤(3)还包括速率陀螺敏感到的速度由电机偏转角速度和载机干扰角速度扰量组成推导出计算电机偏转角速度公式

ω_ay＝ω_TL-ω_M

其中ω_ay为载机干扰角速度，ω_M为电机偏转角速度，ω_TL为速率陀螺敏感到的速度。

6.根据权利要求3所述的一种两轴两框架稳定平台瞄准线精度补 偿方法，其特征在于：横滚陀螺安装在方位旋转框架上，由于两轴两框架稳定平台没有横滚轴，所以横滚陀螺敏感到的速度为ω_HGTL＝ω_ax；方位陀螺安装在基座上，方位陀螺敏感到的速度为ω_FWTL＝ω_EZ。

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