CN115597628A - 一种惯性平台随动回路动态特性测试方法 - Google Patents

一种惯性平台随动回路动态特性测试方法 Download PDF

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CN115597628A CN202211213075.9A CN202211213075A CN115597628A CN 115597628 A CN115597628 A CN 115597628A CN 202211213075 A CN202211213075 A CN 202211213075A CN 115597628 A CN115597628 A CN 115597628A
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邓超
李洪伟
赵军虎
王卿
彭荻
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Abstract

本申请涉及惯性测量领域，具体公开了一种惯性平台随动回路动态特性测试方法，包括：将所述惯性平台的内环陀螺输出信号叠加接口与频率响应装置连接；通过所述频率响应装置在内环陀螺输出上施加目标频率的激励信号，其中台体轴的姿态角为0°，外环轴姿态角为外环轴目标角度；获取所述惯性平台随动回路动态特性测试数据。本申请的方案在随动回路动态特性测试过程中缩减激励接口，减少如软件版本控制、硬件状态控制等外部干扰引入的误差。

Description

一种惯性平台随动回路动态特性测试方法
技术领域
本申请涉及惯性测量的技术领域，特别是一种惯性平台随动回路动态特性测试方法。
背景技术
惯性平台系统是个高精密机电控制系统，对控制回路的特性要求极高。在控制系统设计中，建立的仿真模型，由于对各种因素的影响(如构成系统的零部件的微小差异、间隙、摩擦、柔性等)进行了简化与忽略，使得实际系统与理论模型之间存在一定的差异。因此需要对系统进行性能测试，分析测试结果，然后依据分析结果对系统进行调试，保证系统控制性能满足指标要求，提高系统的控制精度和控制效率。
进行动态特性测试时，通常需要通过软件或硬件的方式将回路打开，注入激励信号，这种操作方式往往会带来使用中如软件版本控制、硬件状态控制，外部干扰引入等问题，增加产品风险。因此惯性平台产品中应尽量减少软、硬件状态的变化，同时尽量减少外部接口的设置。
发明内容
本申请提供一种惯性平台随动回路动态特性测试方法，目的是在随动回路动态特性测试过程中缩减激励接口，减少如软件版本控制、硬件状态控制等外部干扰引入的误差。
第一方面，提供了一种惯性平台随动回路动态特性测试方法，包括：
将所述惯性平台的内环陀螺输出信号叠加接口与频率响应装置连接；
通过所述频率响应装置在内环陀螺输出上施加目标频率的激励信号，其中台体轴的姿态角为0°，外环轴姿态角为外环轴目标角度；
获取所述惯性平台随动回路动态特性测试数据。
与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：
将平台放置在大理石台上，在闭合稳定回路及随动回路的状态下，利用频率响应装置给内环陀螺仪输出施加正弦激励信号，此时内环框架角将产生正弦波动，由于随动环跟踪内环运动，因此随动框架角也将产生正弦波动，内环与随动环框架角(扣除外环角度影响)的幅相相关关系即为随动回路开环传递函数的幅相特性。得到叠加激励信号后的内环、外环、随动环框架角高速串口数据后利用基于相关关系的幅相解算方法可得到随动回路幅相特性，取内环框架角θx整周期数据及其对应时刻的外环框架角θy、随动环框架角θx’为有效数据。由此可以减少如软件版本控制、硬件状态控制等外部干扰引入的误差。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，在所述在内环陀螺输出上施加目标频率的激励信号之前，所述方法还包括：
将随动轴姿态角、内环轴姿态角设置为0°。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述在内环陀螺输出上施加目标频率的激励信号，包括：
在所述内环陀螺输出上施加多个目标频率的激励信号。
目标频率的激励信号例如可以是20～100个。激励信号数量合适，有利于使动态特性测试数据结果更加准确。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述目标频率为多个待检测频率中的一个。
本申请提供的方案可以满足实际工程应用中多种激励信号下的随动环动态特性测量。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述外环轴目标角度为外环轴多个待检测角度中的一个。
本申请提供的方案可以满足实际工程应用中多种外环轴姿态角下的随动环动态特性测量。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述获取所述惯性平台随动回路动态特性测试数据，包括：
获取内环框架角、外环框架角、随动环框架角中的一个或多个数据。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述方法还包括：
根据所述动态特性测试数据，确定幅值，所述幅值满足：
Figure BDA0003872254230000031
Figure BDA0003872254230000032
其中
Figure BDA0003872254230000033
为幅值，N为内环陀螺输出上施加的特定频率激励信号周期数，k为第i个激励信号周期，θx为内环框架角，θy是外环框架角，θx'是随动环框架角，
Figure BDA0003872254230000034
是扣除常值项和趋势项后的随动环框架角，a，b为随动环框架角一阶多项式拟合系数，t为测试数据时间。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述方法还包括：
根据所述动态特性测试数据，确定相位，所述相位满足：
Figure BDA0003872254230000035
Figure BDA0003872254230000036
其中φ为相位，N为内环陀螺输出上施加的特定频率激励信号周期数，k为第i个激励信号周期，θx为内环框架角，θy是外环框架角，θx'是随动环框架角，
Figure BDA0003872254230000037
是扣除常值项和趋势项后的随动环框架角，a，b为随动环框架角一阶多项式拟合系数，t为测试数据时间。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述激励信号为正弦信号。
第二方面，提供了一种电子设备，所述电子设备用于执行如上述第一方面中的任意一种实现方式中所述的方法。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种三浮惯性平台的示意性结构图。
图2为本申请实施例提供的一种惯性平台随动回路动态特性测试方法的示意性流程图。
图3为本申请实施例提供的一种惯性平台随动回路动态特性测试方法的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的描述。
三浮惯性平台为实现全姿态控制，采用四轴三框架结构形式，四轴惯性平台环架结构如图1所示，X'F轴为随动轴，YF轴为外环轴，XF轴为内环轴，ZF轴为台体轴；OXYZ为发射点重力惯性坐标系；OXPYPZP为平台台体坐标系；XbYbZb为基座坐标系；OX'FYFZF为平台本体框架轴系。定义θx′为随动环框架角，θy为外环框架角，θx为内环框架角，θz为台体框架角，框架角极性定义为绕框架轴系正向顺时针转动为正，台体上安装有三只陀螺仪和三只石英加速度计，敏感轴方向分别指向台体坐标系X，Y，Z轴正方向，当台体角度为零时，x陀螺仪敏感轴对应内环轴方向，此时x陀螺为内环陀螺。
图2是本申请实施例提供的一种惯性平台随动回路动态特性测试方法的示意性流程图。
110，将惯性平台的内环陀螺输出信号叠加接口与频率响应装置连接。
120，通过频率响应装置在内环陀螺输出上施加目标频率的激励信号，其中台体轴的姿态角为0°，外环轴姿态角为外环轴目标角度。
在一些实施例中，可以在测试前将随动轴、台体轴、内环轴姿态角归到0°。
在测试过程中，当平台系统内环轴XF存在偏角时，内框架角传感器输出相应信号，经前放解调、低通滤波、外环角度增益/方向补偿、校正网络、功率放大器后，输出电流信号至随动轴X'F力矩电机产生力矩，使随动环转过相应角度，从而跟踪内环轴XF运动趋势，使内环轴XF保持在零位。随动回路是专为四轴平台的随动轴X'F而设定的。通过跟随内框架的角度而保证内部的三个轴不发生框架锁定。随动回路原理如图3所示，图3中θx'为随动环框架角，θx为内环框架角，θy为外环框架角，Md为力矩电机力矩，Mr为干扰力矩。
在一些实施例中，当外环轴姿态角为外环轴目标角度时，可以在内环陀螺输出上施加N个周期的激励信号。
130，获取惯性平台随动回路动态特性测试数据。
在一些实施例中，可以获取在目标频率下，内环框架角、外环框架角、随动环框架角中的一个或多个数据。之后，可以根据上述数据，计算幅值和/或相位。
因为稳定回路将台体稳定在惯性空间，而地球相对于惯性空间旋转，因此随动环框架角存在地球自转分量的投影，实际计算时需将该影响扣除，因动态特性测试时间较短，因此可近似认为随动环框架角转动为线形转动，将随动环框架角进行一阶线性拟合有，θx'(t)≈a+b*t，其中，a，b为一阶多项式系数，t为测试数据时间。
扣除常值和趋势项后得到，随动环框架角的波动量：
Figure BDA0003872254230000051
可得到如下相关关系：
Figure BDA0003872254230000052
Figure BDA0003872254230000061
Figure BDA0003872254230000062
因此有
幅值：
Figure BDA0003872254230000063
相位：
Figure BDA0003872254230000064
其中，
Figure BDA0003872254230000065
其中N为内环陀螺输出上施加的激励信号周期数，k为第i个激励信号周期。
本申请实施例还提供一种电子设备，电子设备可以用于执行如图2所示的方法。
实施例1
本发明涉及一种惯性平台随动回路动态特性测试方法，具体步骤如下：
(1)平台水平放置，将内环陀螺输出测试点与TD1250连接；
(2)平台顺序加电至闭合稳定回路；
(3)将随动轴、台体轴、内环轴姿态角归到0°，将外环轴姿态角转到指定角度(实际工程应用中，需测量不同外环轴姿态角下的随动环动态特性)；
(4)设置TD1250，输入不同频率的正弦激励信号，每个频率点处至少输入50个周期的正弦激励信号，扫频结束后应点击1250的STOP@零，断电。
(5)截取激励频点的内环、外环、随动环框架角数据段；
(6)取内环框架角激励点的整周期数据及其对应时刻的外环、随动环框架角为有效数据；
(7)计算幅相值。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种惯性平台随动回路动态特性测试方法，其特征在于，包括：
将所述惯性平台的内环陀螺输出信号叠加接口与频率响应装置连接；
通过所述频率响应装置在内环陀螺输出上施加目标频率的激励信号，其中台体轴的姿态角为0°，外环轴姿态角为外环轴目标角度；
获取所述惯性平台随动回路动态特性测试数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述在内环陀螺输出上施加目标频率的激励信号之前，所述方法还包括：
将随动轴姿态角、内环轴姿态角设置为0°。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在内环陀螺输出上施加目标频率的激励信号，包括：
在所述内环陀螺输出上施加多个目标频率的激励信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标频率为多个待检测频率中的一个。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外环轴目标角度为外环轴多个待检测角度中的一个。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述惯性平台随动回路动态特性测试数据，包括：
获取内环框架角、外环框架角、随动环框架角中的一个或多个数据。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述动态特性测试数据，确定幅值，所述幅值满足：
Figure FDA0003872254220000011
Figure FDA0003872254220000021
其中
Figure FDA0003872254220000022
为幅值，N为内环陀螺输出上施加的特定频率激励信号周期数，k为第i个激励信号周期，θx为内环框架角，θy是外环框架角，θx'是随动环框架角，
Figure FDA0003872254220000023
是扣除常值项和趋势项后的随动环框架角，a，b为随动环框架角一阶多项式拟合系数，t为测试数据时间。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述动态特性测试数据，确定相位，所述相位满足：
Figure FDA0003872254220000024
Figure FDA0003872254220000025
其中φ为相位，N为内环陀螺输出上施加的特定频率激励信号周期数，k为第i个激励信号周期，θx为内环框架角，θy是外环框架角，θx'是随动环框架角，
Figure FDA0003872254220000026
是扣除常值项和趋势项后的随动环框架角，a，b为随动环框架角一阶多项式拟合系数，t为测试数据时间。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激励信号为正弦信号。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备用于执行如权利要求1至9中任一项所述的方法。
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