CN112945229A - 一种双十表惯组主从冗余方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双十表惯组主从冗余方法，所述方法包括以下步骤：S1:在所述主惯组和所述从惯组内，分别进行故障表检测，并执行故障表隔离操作；S2:在所述主惯组和所述从惯组内，分别利用故障表隔离操作之后的无故障表进行导航计算，分别得到主惯组导航信息和从惯组导航信息；S3:根据冗余信息使用真值表确定采用所述主惯组和所述从惯组之一进行导航控制，并根据被确定的惯组所输出的导航信息进行导航。本发明能够有效利用冗余信息，满足二度及二度以上单表级故障的情况下可靠工作的需求，最大限度地对故障进行检出，同时避免误判和漏判的发生。

Description

一种双十表惯组主从冗余方法

技术领域

本发明涉及惯性导航技术领域，尤其涉及一种双十表惯组主从冗余方法。

背景技术

为了提高捷联惯组的可靠性,目前有效的办法是采用冗余技术。载人运载火箭需要满足更高的可靠性和安全性要求，因此冗余方案覆盖故障度数较其他型号要高，必须保证惯组能在两度及以上的故障情况下能可靠工作。

现有的惯性导航，不能满足二度及二度以上单表级故障的情况下可靠工作的需求，不能有效利用冗余信息，故障的适应程度有限，系统发生误判和漏判的概率较大。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种双十表惯组主从冗余方法，通过配置双十表惯组，依据设计的真值表，在每个惯组中进行故障检测和导航信息计算，根据冗余信息使用真值表从双惯组中确定需要采用的惯组进行导航控制，能够有效利用冗余信息，满足二度及二度以上单表级故障的情况下可靠工作的需求，最大限度地对故障进行检出，同时避免误判和漏判的发生。

本发明提供了一种双十表惯组主从冗余方法，所述双惯组包括主惯组和从惯组，所述主惯组和所述从惯组均包括五个陀螺表Wx、Wy、Wz、Ws、Wt和五个加速度表θx、θy、θz、θs、θt，所述方法包括以下步骤：

S1:在所述主惯组和所述从惯组内，分别进行故障表检测，并执行故障表隔离操作；

S2:在所述主惯组和所述从惯组内，分别利用故障表隔离操作之后的无故障表进行导航计算，分别得到主惯组导航信息和从惯组导航信息；

S3:根据冗余信息使用真值表确定采用所述主惯组和所述从惯组之一进行导航控制，并根据被确定的惯组所输出的导航信息进行导航。

优选地，在所述双惯组中的每个惯组中，进行故障表检测的步骤包括：

进行陀螺仪脉冲采样；进行陀螺仪脉冲常零值输出判别；进行角速度极大值输出判别；进行角度一致性判别；进行角速度决策以及角增量计算。

优选地，进行角度一致性判别时，采用以下判别公式进行故障表检测：

公式1：

公式2：

公式3：

公式4：

公式5：

其中，

为陀螺输出的角速度；E_{si_x}、E_{si_y}、E_{si_z}为Ws陀螺表在正交轴的投影系数；E_{ti_x}、E_{ti_y}、E_{ti_z}为Wt陀螺表在正交轴的投影系数；ε_Gis、ε_Git、ε_Gixy、ε_Gixz、ε_Giyz为故障门限值；Δt为滚动累加周期；α＝x、y、z、s、t；i＝1、2。

优选地，根据判别公式1-5以及陀螺角速度一致性故障判别定位表判别故障表，所述陀螺角速度一致性故障判别定位表为：

其中，表中“√”表示公式成立；“×”表示公式不成立。

优选地，在所述双惯组中的每个惯组中，进行故障表检测的步骤包括：

进行加速度计脉冲采样；进行加速度计常零值输出判别；进行视加速度极大值输出判别；进行视速度一致性判别；进行视加速度决策以及视速度增量计算。

优选地，进行视速度一致性判别时，采用以下判别公式进行故障表检测：

公式6：

公式7：

公式8：

公式9：

公式10：

其中，

为加速度表的视速度增量；Ee_{si_x}、Ee_{si_y}、Ee_{si_z}为θs加速度表在正交轴的投影系数；Ee_{ti_x}、Ee_{ti_y}、Ee_{ti_z}为θt加速度表在正交轴的投影系数；ε_Ais、ε_Ait、ε_Gixy、ε_Gixz、ε_Giyz为故障门限值；Δt为滚动累加周期；α＝x、y、z、s、t；i＝1、2。

优选地，根据判别公式6-10以及加速度表一致性故障判别定位表判别故障表，所述加速度表一致性故障判别定位表为：

其中，表中“√”表示公式成立；“×”表示公式不成立。

优选地，所述冗余信息使用真值表为：

序号	主惯组故障标志	从惯组故障标志	冗余信息使用方式
				1	0或1	0或1或2或3	主惯组控制
2	2	0或1	从惯组控制
				3	2	2或3	主惯组控制
4	3	0或1或2或3	从惯组控制

其中，表中的惯组故障标志为：

0：惯组无故障；1：惯组斜表故障；2：惯组正交表故障；3：惯组二度及二度以上故障。

优选地，对角速度一致性判别和视速度一致性判别进行滚动累加，累加周期为Δt＝25·τ，τ为控制周期。

优选地，记录陀螺表和加速度表的连续故障次数，对连续故障次数超过预定门限的陀螺表和加速度表进行隔离。

有益效果：本发明通过设置双十表惯组，依据设计的真值表，在每个双十表惯组中进行故障检测和导航信息计算，根据冗余信息使用真值表从双惯组中确定采用的惯组进行导航控制，能够有效利用冗余信息，满足二度及二度以上单表级故障的情况下可靠工作的需求，最大限度地对故障进行检出，同时避免误判和漏判的发生。

通过参照以下附图及对本发明的具体实施方式的详细描述，本发明的特征及优点将会变得清楚。

附图说明

图1是双十表惯组主从冗余方法流程示意图；

图2是惯性仪表安装定向示意图；

图3是单惯组冗余信息管理流程示意图；

图4是双惯组配置示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是双惯组主从冗余导航方法流程示意图。如图1所示，本发明提供一种双惯组主从冗余导航方法，所述双惯组包括主惯组和从惯组，所述主惯组和所述从惯组均包括五个陀螺表Wx、Wy、Wz、Ws、Wt和五个加速度表θx、θy、θz、θs、θt，所述方法包括以下步骤：

S1:在所述主惯组和所述从惯组内，分别进行故障表检测，并执行故障表隔离操作；

S2:在所述主惯组和所述从惯组内，分别利用故障表隔离操作之后的无故障表进行导航计算，分别得到主惯组导航信息和从惯组导航信息；

S3:根据冗余信息使用真值表确定采用所述主惯组和所述从惯组之一进行导航控制，并根据被确定的惯组所输出的导航信息进行导航。

如图2所示，五个陀螺Wx、Wy、Wz、Ws、Wt固定在同一基准面上。Wx、Wy、Wz分别沿测量轴OXs、OYs、OZs轴方向成正交安装，测量轴正向为箭头所指方向，Ws、Wt为空间斜置，测量轴具体指向可以由单机确定。五个加速度表θx、θy、θz、θs、θt固定在同一基准面上。θx、θy、θz分别沿测量轴OXs、OYs、OZs轴方向成正交安装，测量轴正向为箭头所指方向，θs、θt为空间斜置，测量轴具体指向可以由单机确定。安装后的双惯组如图4所示。

优选地，参见图3，在所述双十表惯组中的每个惯组中，进行故障表检测的步骤包括：

进行陀螺仪脉冲采样；进行陀螺仪脉冲常零值输出判别；进行角速度极大值输出判别；进行角度一致性判别；进行角速度决策以及角增量计算。

优选地，进行角度一致性判别时，采用以下判别公式进行故障表检测：

公式1：

公式2：

公式3：

公式4：

公式5：

其中，

为陀螺输出的角速度；E_{si_x}、E_{si_y}、E_{si_z}为Ws陀螺表在正交轴的投影系数；E_{ti_x}、E_{ti_y}、E_{ti_z}为Wt陀螺表在正交轴的投影系数；ε_Gis、ε_Git、ε_Gixy、ε_Gixz、ε_Giyz为故障门限值；Δt为滚动累加周期；α＝x、y、z、s、t；i＝1、2。

为降低高频干扰信号对故障诊断的影响，对角速度一致性判别进行滚动累加，累加周期为Δt＝25·τ(τ为控制周期20ms)，累加时间段从开20ms中断以后开始，为防止长时间滚动累加误差造成影响，在允许起飞时刻进行一次清零，之后重新开始滚动累加。

优选地，根据判别公式1-5以及陀螺角速度一致性故障判别定位表判别故障表，所述陀螺角速度一致性故障判别定位表为：

其中，表中“√”表示公式成立；“×”表示公式不成立。

优选地，参见图3，在所述双十表惯组中的每个惯组中，进行故障表检测的步骤包括：

进行加速度计脉冲采样；进行加速度计常零值输出判别；进行视加速度极大值输出判别；进行视速度一致性判别；进行视加速度决策以及视速度增量计算。

优选地，进行视速度一致性判别时，采用以下判别公式进行故障表检测：

公式6：

公式7：

公式8：

公式9：

公式10：

其中，

为加速度表的视速度增量；Ee_{si_x}、Ee_{si_y}、Ee_{si_z}为θs加速度表在正交轴的投影系数；Ee_{ti_x}、Ee_{ti_y}、Ee_{ti_z}为θt加速度表在正交轴的投影系数；ε_Ais、ε_Ait、ε_Gixy、ε_Gixz、ε_Giyz为故障门限值；Δt为滚动累加周期；α＝x、y、z、s、t；i＝1、2。

本步骤中，同样可以对视速度一致性判别进行滚动累加，累加周期同样可以设置为Δt＝25·τ，控制周期τ可以设置为20ms。

优选地，根据判别公式6-10以及加速度表一致性故障判别定位表判别故障表，所述加速度表一致性故障判别定位表为：

其中，表中“√”表示公式成立；“×”表示公式不成立。

优选地，所述冗余信息使用真值表为：

序号	主惯组故障标志	从惯组故障标志	冗余信息使用方式
				1	0或1	0或1或2或3	主惯组控制
2	2	0或1	从惯组控制
				3	2	2或3	主惯组控制
4	3	0或1或2或3	从惯组控制

其中，表中的惯组故障标志为：

0：惯组无故障；1：惯组斜表故障；2：惯组正交表故障；3：惯组二度及二度以上故障。

两套惯组分别输出各自的姿态及导航信息，采用主惯组控制时，采用主惯组输出的导航信息进行导航，采用从惯组进行控制时，过程类似。

优选地，记录陀螺表和加速度表的连续故障次数，对连续故障次数超过预定门限的陀螺表和加速度表进行隔离。

本方法在双十表惯组配置下，可以运用测量信息和公式组统一对两套惯组中的单表进行故障检测、隔离并完成系统重构，在故障适应能力上明显提高，可以应对二度及二度以上的单表故障。

本发明通过设置双惯组，在每个惯组中进行故障检测和导航信息计算，根据冗余信息使用真值表从双惯组中确定需要采用的惯组进行导航控制，能够有效利用冗余信息，满足二度及二度以上单表级故障的情况下可靠工作的需求，最大限度地对故障进行检出，同时避免误判和漏判的发生。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种双十表惯组主从冗余方法，其特征在于，所述双惯组包括主惯组和从惯组，所述主惯组和所述从惯组均包括五个陀螺表Wx、Wy、Wz、Ws、Wt和五个加速度表θx、θy、θz、θs、θt，所述方法包括以下步骤：

S1:在所述主惯组和所述从惯组内，分别进行故障表检测，并执行故障表隔离操作；

S2:在所述主惯组和所述从惯组内，分别利用故障表隔离操作之后的无故障表进行导航计算，分别得到主惯组导航信息和从惯组导航信息；

S3:根据冗余信息使用真值表确定采用所述主惯组和所述从惯组之一进行导航控制，并根据被确定的惯组所输出的导航信息进行导航。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述双惯组中的每个惯组中，进行故障表检测的步骤包括：

进行陀螺表脉冲采样；进行陀螺表脉冲常零值输出判别；进行角速度极大值输出判别；进行角度一致性判别；进行角速度决策以及角增量计算。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进行角度一致性判别时，采用以下判别公式进行故障表检测：

公式1：

公式2：

公式3：

公式4：

公式5：

其中，

为陀螺输出的角速度；E_{si_x}、E_{si_y}、E_{si_z}为Ws陀螺表在正交轴的投影系数；E_{ti_x}、E_{ti_y}、E_{ti_z}为Wt陀螺表在正交轴的投影系数；ε_Gis、ε_Git、ε_Gixy、ε_Gixz、ε_Giyz为故障门限值；Δt为滚动累加周期；α＝x、y、z、s、t；i＝1、2。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据判别公式1-5以及陀螺角速度一致性故障判别定位表判别故障表，所述陀螺角速度一致性故障判别定位表为：

其中，表中“√”表示公式成立；“×”表示公式不成立。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述双惯组中的每个惯组中，进行故障表检测的步骤包括：

进行加速度计脉冲采样；进行加速度计常零值输出判别；进行视加速度极大值输出判别；进行视速度一致性判别；进行视加速度决策以及视速度增量计算。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进行视速度一致性判别时，采用以下判别公式进行故障表检测：

公式6：

公式7：

公式8：

公式9：

公式10：

其中，

为加速度表的视速度增量；Ee_{si_x}、Ee_{si_y}、Ee_{si_z}为θs加速度表在正交轴的投影系数；Ee_{ti_x}、Ee_{ti_y}、Ee_{ti_z}为θt加速度表在正交轴的投影系数；ε_Ais、ε_Ait、ε_Gixy、ε_Gixz、ε_Giyz为故障门限值；Δt为滚动累加周期；α＝x、y、z、s、t；i＝1、2。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据判别公式6-10以及加速度表一致性故障判别定位表判别故障表，所述加速度表一致性故障判别定位表为：

其中，表中“√”表示公式成立；“×”表示公式不成立。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冗余信息使用真值表为：

序号 主惯组故障标志 从惯组故障标志 冗余信息使用方式 1 0或1 0或1或2或3 主惯组控制 2 2 0或1 从惯组控制 3 2 2或3 主惯组控制 4 3 0或1或2或3 从惯组控制

其中，表中的惯组故障标志为：0：惯组无故障；1：惯组斜表故障；2：惯组正交表故障；3：惯组二度及二度以上故障。

9.根据权利要求3或6所述的方法，其特征在于，对角速度一致性判别和视速度一致性判别进行滚动累加，累加周期为Δt＝25·τ，τ为控制周期。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，记录陀螺表和加速度表的连续故障次数，对连续故障次数超过预定门限的陀螺表和加速度表进行隔离。

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