基于速率陀螺的系统仿真

基于速率陀螺的系统仿真

传统的交流伺服控制位置跟踪系统的速度环反馈多采用光电编码器，而且是与电机同轴刚性连接，因此光电编码器的反馈信息仅能反映电机转轴的转动信息。对于武装直升机的炮塔随动系统而言，由于直升机在悬停或飞行过程中，航炮容易受到各种干扰而偏离原瞄准位置，若不能快速校正或较好地隔离这种干扰，将会导致目标丢失而攻击失败。

单自由度陀螺具有敏感绕其缺少自由度方向转动的特性。本随动系统采用陀螺敏感轴与航炮瞄准中心轴线平行的安装方式，速度环利用速率陀螺输出信息组成负反馈。由于扰动，航炮在开始偏离稳定位置时的角速率很大，因此角速率陀螺输出的电压信号也最大，信号的相位总是与运动方向相反，且在没有速度指令时，这种速度负反馈的作用是阻止航炮空间姿态的改变。当航炮随飞机扰动偏离目标时，陀螺敏感地接受这个速度信号，输出相应的电压信号能够组成速度环负反馈，驱动航炮向相反的方向运动，可使航炮提前克服扰动带来的影响。当有速度指令时，由于位置跟踪随动系统主要由位置环的输入信号控制，尽管陀螺可以敏感地察觉到飞机的扰动，输出相应的电压形成速度环负反馈以阻止航炮空间姿态改变，但由于速度环属于内环回路，仅采用速率陀螺反馈时，可能对整个系统性能的改善起到很小的作用.这时应将陀螺的输出电压信号与系统输入信号叠加，共同作用于系统输入。

仿真条件：分别采用光电编码器和速率陀螺作速度反馈，以0.2 rad 阶跃信号作为无速度指令时的输入信号，以斜率为1 rad/s的斜坡信号作为有速度指令时的输入信号。余弦干扰信号幅值为1rad，频率为1 Hz，在第is时刻开始作用于炮塔上，作用时间一个周期，即1s。

采用Matlab中的Simulink进行仿真，当存在干扰且无速度指令、采用光电编码器反馈时位置跟踪曲线如图1所示，采用速率陀螺反馈时位置跟踪曲线如图2所示；当存在干扰且有速度指令、采用光电编码器时位置跟踪曲线如图3所示，采用速率陀螺反馈时跟踪曲线如图4所示。