惯导平台稳定回路三种控制策略的仿真研究

摘统和姿态稳定 系统提供测量基 准， 台稳定 回路是 其 中 平
事 关 导航 精 度 的关 键部 分 。对 平 台稳 定 回路进 行 了建 模 ， 仿 真 的基 础 上 对 单 闭环 、 闭环 、 字 双 闭 环 三 种 控 制 策 略分 别 设 在 双 数 计 了控 制器 ， 比较 了各 控 制 策 略 的 优 劣 。经 过 分 析 比 较表 明双 闭环 控 制 、 字双 闭 环 控 制 与 目前 工 程 上 普 遍 应 用 的单 闭 环 并 数
惯导 平 台稳 定 回路 三种 控制 策略 的仿 真研 究
李 鹏 孟卫锋 陈利超 李亚鹏 ，
（ 西安航天精密机 电研究所 西安 ７Ｏ ０ ； ， ｌ ｌ０ 西北工业大学 自动化学院 ， 西安 ７ ０７ 二炮驻 ７ ７ Ｊ １０ ２； １ １ 军代室 西安 ７０ ０ ） ， １１０
将 内闭环传递 函数 （ ） 为外环 前 向 通道 的一 ４作
部分 ， 定频 率点为 １０ｒｄ ｓ进 行 滞后 校 正 ， 选 ７ ａ／ ， 得控
３ 惯 导 平 台 稳 定 回路 系 统 经 典 控 制 器 的 制 器如下 ：
设计
综上 ， 单闭环 系统控制 器如式 （ ） ３：
伯 德 图
学
技
术
与
工
程
１ ０卷
伯 德 图
＾
∞
＼
馨
＾
Ｖ
＼
趟
图 ４ 滞后校 正后 系统 的开环 Ｂ ｄ ｏｅ图
３期
李
鹏 ， ： 导 平 台稳 定 回路 三种 控 制 策 略 的 仿 真研 究 等 惯
６３ ７
的放 大倍数 ； Ｋ 为耦 合放大器 和前置 放大 器 的总放 大倍 数 ； 为伺服分解 器 变 比系数 ； ， 功率 放 大 Ｋ为
器放 大倍数 ； 为力矩 马达放大倍 数 ； ｏ 校正 网 Ｋ为
所示 。
量 ； 为积 分陀螺 阻尼系数 ； 为力 矩 马达 电枢绕 Ｃ
组 电磁时 间常数 。
图 ５中 Ｋ为反 馈系数 ， 是可调 整量 。由图 ４知 ， 单 闭环幅值 穿越频 率为 １ ３ｒｄ ｓ ０ ａ／ 。根据经 验将双 闭
单通道控 制框 图如图 ２所示 。
环 内环 幅值 穿 越 频 率 设 置 为 １３ｒｄｓ的 ５至 １ ０ ａ／ Ｏ 倍 。当 Ｋ＝ ． 内环系统 的幅值穿越 频率 为 １１０ ３４时 ０
三轴 液浮积 分 陀螺 稳 定 平 台 ， 有 三 条 参 数不 具 同而基本 工作原 理 相 同的伺 服 回路 通 道 ， 以保证 用
平 台 台体 相对 于惯 性 空 间稳 定 。当 台体 转 动 时 ， 陀 螺转 子 的主轴相 对 惯 性空 间要 保持 原 方 向 ， 螺信 陀
号器输 出陀螺主 轴相对惯 性 空 间 的夹 角信 号 ，经过 放 大和校 正后馈 送 到 平 台力 矩 电机 ， 矩 电机 产 生 力 扭转 力矩 ， 平 台向减少 夹角 的方 向扭转 ， 至信号 使 直 器输 出为零 ， 台相应轴 完成对 陀螺 主轴 追踪 ， 台 平 平
第１ Ｏ卷
第 ３期
２１ ００年 １ 月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ． ０ Ｎｏ ３ Ｊ ｎ ２ ０ １１ ． ａ ． ０１
◎ ２ ０ Ｓ ｉ Ｔ ｃ ．Ｅ ｇ ｇ ０１ ｅ． ｅ ｈ ｎ ｎ ．
１７ —１１ （ ００ ３０ ７ －６ ６ １ ８５ ２ １ ） － ２０ ６
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ
Ｋｏ Ｗｏ ＝
Ｋ ｏ： １
（） ３
络 放大倍数 ； （ ）为 校正 网路 ； 内框 组 合件 ｓ Ｊ为
绕轴 的转动惯 量 ； ２ Ｊ 为浮筒 组件 绕进 动 轴 的转 动惯
３ ２ 双 闭环 系统经典 控制器 的设计 ．
惯 导平 台稳 定 回路 双 闭环 控 制框 图如 图 ５
Ｗ 。ｓ ＝０． ４９ ２ ＋ １’ （） ０ ｓ
Ｋ
＝
Ｑ ：
垒 ． ±
（） ５
１ 。
＾
∞
＼
孽
＾
＼
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霹
ｌ２ ｏ
ｌ
频 率 ／ （ａ Ｓ ） ｔｄ・ － ｔ
图 ３ 超 前 校 正 完成 后 系 统 的 开 环 Ｂ ｄ ｏｅ图
６４ ７
科
控制策略相 比提高 了系统的动态抗扰能力。
关键词
稳定 回路
单闭环控制
双 闭环控制
Ａ
数 字双 闭环控制
中图法分类号
Ｔ ９４ ３ Ｎ ６． ；
文献 标志码
目前 平 台稳 定 回路 系 统 采 用单 闭环 控 制 策 略 ，
１ ２ 惯 导平 台的稳定 回路 的组成 ．
仿真和实 践表 明抗动态扰 动扰性 能 欠佳 ， 因此 ， 需通 过改变控 制策略来 改善其 性能 。以速 度环 作 为控制
内环 ， 置环作 为 控制 外 环 的双 闭 环控 制 策 略 和数 位
平 台稳定 回路 是 一 个位 置 反 馈 控 制 系统 ， 成 组
如图 １ 。 所
字 化双 闭环控制 策略经过 本文仿 真表 明抗 动 态扰 动
性 能得 到改善 。
１ 惯导平台的稳定原理与稳定 回路的组成
１ １ 惯 导平 台的稳定原 理 ．
稳定 于惯性 坐标 系 内。
图 １ 平 台稳 定 回路 结 构 组 成
（Ｍｄ为力矩 电机产生的扭转力矩 ； 为干扰力矩）
平 台 稳 定 回 路 单 通 道 开 环 传 递 函 数 ， 下 如
所 示 ¨：
㈩
２０ ０９年 １ ０月 ２ ６日收 到
日为液 浮积分 陀螺 的角动 量 ； 为 陀螺 传感 器
ｒｄ ｓ约为外 环幅值 穿越 频 率 的 １ ， 时 内闭环 ａ／ ， ０倍 此
传递 函数为 ：
图 ２ 平 台稳 定 回路 系 统控 制 框 图
（ａ 陀螺 仪 相 对 于惯 性 坐 标 系 的角 位 移 ， ： ｎ： 台相 对 于惯 性 坐 标 系 的角 位 移 ） 平
＝
（） ４