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惯性平台快速寻北技术研究

时间:2011-04-24  作者:秩名
3.1力反馈回路
 

设计相应的力反馈回路并接入惯性平台系统中,使陀螺仪工作在力反馈状态下,实现快速寻北。力反馈回路将信号器产生的与陀螺仪进动角成比例的电压信号变换成电流信号,通入力矩器,产生绕输出轴的力矩,迫使陀螺仪绕输入轴进动。当这一进动的角速度与输入角速度方向相同、大小相等时,陀螺仪主轴达到新的平衡状态,由原来的静止平衡状态过渡到新的运动平衡状态[2]。力反馈回路的作用和惯性平台中稳定回路的作用是一致的。

3.2 寻北流程

首先,为了尽量减小姿态角误差,通过姿态旋变数字初扶而后经加速度计数字初扶将平台初扶到水平零位,方位姿态锁定在0°位置。计算机根据横向和纵向加速度计的输出值与加速度计零偏之间的差值形成控制信号,通过垂直陀螺力矩器对垂直陀螺转子施矩,使转子进动进而带动平台框架转动,消除横向和纵向加速度计的输出值与加速度计零偏之间的偏差,使平台水平两轴稳定在当地水平面内。这一过程可使平台保持水平,从而消除陀螺漂移中与g有关项的影响。

初扶后启动陀螺仪,闭合力反馈回路,使陀螺仪工作在力反馈状态,测试采集数据,测量流经力反馈回路力矩器的反馈电流,即可获得输入陀螺仪敏感的角速度的大小。

第一位置测漂结束后,进行方位转动,通过二次方位数字初扶方位至180°位置。快转后进行第二位置测试,采集完数据后进行寻北解算,并最终求得方位角。

方位解算采用下式进行解算:

(3-1)

整个寻北流程如图2所示。

改进后惯性平台寻北时间缩短为4分钟,其中,启动时间1分钟 1,第一位置测试分钟,转位1分钟,第二位置测试1分钟。

图2寻北流程图

4 寻北精度分析

惯性平台作为一种精密惯性仪表,其精度与其选用的敏感元件、结构安装以及用于计算的物理参数都有关系。这些影响寻北精度的因素统称为误差源。一般说来,需要考虑的误差源有:元件误差、机械误差、物理量误差、运动干扰以及其他如电信号干扰、解算公式推导中的忽略二阶小量等产生的误差。

将方位解算公式

(4-1)

处进行Taylor级数展开,并忽略二阶以上高阶小量,近似求取。论文大全。

(4-2)

式中分别为关于的一阶偏导数,由此可推导出方位角误差估计的近似表达式:

(4-3)

4.1元件误差影响

元件误差主要是指惯性器件误差的影响(也是传感器测量误差),即陀螺仪随机漂移和加速度计输出误差都影响寻北精度,但加速度计的精度只要达到,其引起的寻北误差就可忽略不计[3]。陀螺仪的常值漂移可以通过二位置法将其消除,而对于陀螺仪随机漂移的影响则需进行补偿。

陀螺的随机漂移误差将直接引起的测量误差(系统中的各种随机干扰均可以归纳到陀螺的力反馈信号输出中,与陀螺随机漂移同样处理)。

由(4-3)式可得:

(4-4)

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