最新惯性技术课件7--惯导平台控制分析 (哈工大版,1-16全)教程文件
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惯性技术课件7--惯导平台 控制分析 (哈工大版,1-16
全)
Outline
惯导平台的单轴稳定与跟踪 惯导平台的修正回路 – 舒拉调谐
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
2
1.0 平台控制: 介绍
平台控制的目的: 在空间中实现稳定及跟踪 简化的分析方法: : 单通道
M f( x S )S [ J P J S 4 J P ( J C ) S 3 ( J P C H 2 ) S 2 H 2 S G ( S ) C 2 H ]
Y ( S )
G ( S ) C 2 (S 1 ) HS
M f( x S )J P J S 4 J P ( J C ) S 3 ( J P C H 2 ) S 2 H 2 S G ( S ) C 2 H
Me
1
M fb
J pS 2
Y
陀螺力矩
HS
M fx
C2 s 1
G(S)
1
JS 2 CS
HS
设 Mfx = 0
M fY
Me
1
Y
M fb
J pS 2
G(s)C2 HS
s 1
H JS C
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
10
1.6 静态刚度
M fY
Me
M fx
1
JS 2 CS
HS
1 Y
J pS 2
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
13
1.7 陀螺干扰力矩的影响
M fx
1
JS 2 CS
HS
G(S)
C2 s 1
1 Y
J pS 2
HS
Y ( S )
G ( S ) C 2 (S 1 ) HS
coordinate converter
torque motor
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
3
1.1 单轴系统
利用单自由度积分陀螺仪实现的单轴稳定器
Z
Y
T
S
X
M
G(S)
Y
初始：陀螺输入轴 // 平台的稳定轴
沿平台稳定轴的干扰力矩会导致平台产生转动，角速度： Y
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
4
1.2 单轴稳定
Z
Y
T
S
X
M
G(S)
Y
Y 被陀螺仪敏感：
JycH y
➢ 陀螺绕输出轴转过角度θ ➢ 被角度传感器测得，输出 S ➢ S 被放大，送到 Y-轴电机 M ➢ 产生反馈力矩 Mfb ➢ Mfb 持续增加，直到绕着 Y-轴 达到力矩平衡
因此, 对陀螺来说
JycH yM b
稳态时
HysMb0
所以
ys
Mb H
稳定器, 跟踪器和惯性平台
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
6
1.4 单轴系统组件
系统组件:
陀螺
H
平台
控制器
电机
M fY M e M fb
平台 陀螺
电机 e in 控制器
传递函数 平台
当 MfY 为正弦函数时：动态刚度（令 S = jω） Jp 对平台动态刚度的影响
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
12
1.7 陀螺干扰力矩的影响
M fY
Me
1
M fb
J pS 2
Y
陀螺力矩
HS
M fx
C2 s 1
G(S)
1
JS 2 CS
HS
由陀螺仪的干扰力矩导致的平台静态误差角
M fY
Me
1
M fb
J pS 2
Y
陀螺力矩
HS
M fx
C2 s 1
G(S)
1
JS 2 CS
HS
H
It Z
Y
陀螺力矩 HS(s) H
陀螺干扰力矩 M fx
T
S
X M fx
M
G(S)
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
9
1.6 平台干扰力矩的影响
M fY
1
Y
M fb
J pS 2
G(s)C2 HS
s 1
H JS C
M Y f( ( S Y S ) ) J P J S 4 J P ( J C ) S ( 3 S ( J 1 P ) C J ( H C 2 S ) ) S 2 H 2 S G ( S ) C 2 H
阶跃干扰 MfY 导致 的稳态误差：
YS C1CC2H MfY
M fY C1C2 H
/
C
平台的静态刚度
减小稳态误差的途径: ↑C1 ↓ M fY
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
11
1.6 动态刚度
M fY
Me
1
Y
M fb
J pS 2
G(s)C2 HS
s 1
H JS C
M Y f( ( S Y S ) ) J P J S 4 J P ( J C ) S ( 3 S ( J 1 P ) C J ( H C 2 S ) ) S 2 H 2 S G ( S ) C 2 H
对阶跃输入 Mfx, 其稳态响应 影响: 平台的漂移 (角速度)
Y
M fx H
or
Y
M fx t H
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
14
1.8 陀螺控制力矩的响应
对于阶跃形式的干扰力矩 Mfx, 稳态误差:
Ye
M fx H
用施加在陀螺仪力矩器上的电流 It 所产生的控制力矩 Mb 替代 Mfx, 得
➢ 平台绕 Y-轴停止旋转 最终: 陀螺存在一个小转角θ，平 台存在一个小转角 αy
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
5
1.3 单轴跟踪
给陀螺的力矩器施加电流 It , 产生控制力矩 Mb
JycMb
It Z
Y
T
S
X
M
G(S)
Y
θ→ 电机 M → 平台 → y
M fY M e 1 H
JPS 2
JS C
M fb
C2
e in G(S )
S 1
M fY
Me
1
或更详 细地
M fb
J pS 2
Y
陀螺力矩
HS
M fx
C2 s 1
G(S)
1
JS 2 CS
HS
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
8
1.5 陀螺力矩及陀螺干扰力矩
陀螺
(S) Me (S)
JPS2
(S) H (S) JSC
控制器
G(S)
---- 静态增益 C1
电机
Mfb(S) C2
ein(S) S 1
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
7
1.5 单轴系统方框图
M fY
Me M fb
平台 陀螺
电机 e in 控制器
全)
Outline
惯导平台的单轴稳定与跟踪 惯导平台的修正回路 – 舒拉调谐
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
2
1.0 平台控制: 介绍
平台控制的目的: 在空间中实现稳定及跟踪 简化的分析方法: : 单通道
M f( x S )S [ J P J S 4 J P ( J C ) S 3 ( J P C H 2 ) S 2 H 2 S G ( S ) C 2 H ]
Y ( S )
G ( S ) C 2 (S 1 ) HS
M f( x S )J P J S 4 J P ( J C ) S 3 ( J P C H 2 ) S 2 H 2 S G ( S ) C 2 H
Me
1
M fb
J pS 2
Y
陀螺力矩
HS
M fx
C2 s 1
G(S)
1
JS 2 CS
HS
设 Mfx = 0
M fY
Me
1
Y
M fb
J pS 2
G(s)C2 HS
s 1
H JS C
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
10
1.6 静态刚度
M fY
Me
M fx
1
JS 2 CS
HS
1 Y
J pS 2
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
13
1.7 陀螺干扰力矩的影响
M fx
1
JS 2 CS
HS
G(S)
C2 s 1
1 Y
J pS 2
HS
Y ( S )
G ( S ) C 2 (S 1 ) HS
coordinate converter
torque motor
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
3
1.1 单轴系统
利用单自由度积分陀螺仪实现的单轴稳定器
Z
Y
T
S
X
M
G(S)
Y
初始：陀螺输入轴 // 平台的稳定轴
沿平台稳定轴的干扰力矩会导致平台产生转动，角速度： Y
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
4
1.2 单轴稳定
Z
Y
T
S
X
M
G(S)
Y
Y 被陀螺仪敏感：
JycH y
➢ 陀螺绕输出轴转过角度θ ➢ 被角度传感器测得，输出 S ➢ S 被放大，送到 Y-轴电机 M ➢ 产生反馈力矩 Mfb ➢ Mfb 持续增加，直到绕着 Y-轴 达到力矩平衡
因此, 对陀螺来说
JycH yM b
稳态时
HysMb0
所以
ys
Mb H
稳定器, 跟踪器和惯性平台
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
6
1.4 单轴系统组件
系统组件:
陀螺
H
平台
控制器
电机
M fY M e M fb
平台 陀螺
电机 e in 控制器
传递函数 平台
当 MfY 为正弦函数时：动态刚度（令 S = jω） Jp 对平台动态刚度的影响
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
12
1.7 陀螺干扰力矩的影响
M fY
Me
1
M fb
J pS 2
Y
陀螺力矩
HS
M fx
C2 s 1
G(S)
1
JS 2 CS
HS
由陀螺仪的干扰力矩导致的平台静态误差角
M fY
Me
1
M fb
J pS 2
Y
陀螺力矩
HS
M fx
C2 s 1
G(S)
1
JS 2 CS
HS
H
It Z
Y
陀螺力矩 HS(s) H
陀螺干扰力矩 M fx
T
S
X M fx
M
G(S)
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
9
1.6 平台干扰力矩的影响
M fY
1
Y
M fb
J pS 2
G(s)C2 HS
s 1
H JS C
M Y f( ( S Y S ) ) J P J S 4 J P ( J C ) S ( 3 S ( J 1 P ) C J ( H C 2 S ) ) S 2 H 2 S G ( S ) C 2 H
阶跃干扰 MfY 导致 的稳态误差：
YS C1CC2H MfY
M fY C1C2 H
/
C
平台的静态刚度
减小稳态误差的途径: ↑C1 ↓ M fY
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
11
1.6 动态刚度
M fY
Me
1
Y
M fb
J pS 2
G(s)C2 HS
s 1
H JS C
M Y f( ( S Y S ) ) J P J S 4 J P ( J C ) S ( 3 S ( J 1 P ) C J ( H C 2 S ) ) S 2 H 2 S G ( S ) C 2 H
对阶跃输入 Mfx, 其稳态响应 影响: 平台的漂移 (角速度)
Y
M fx H
or
Y
M fx t H
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
14
1.8 陀螺控制力矩的响应
对于阶跃形式的干扰力矩 Mfx, 稳态误差:
Ye
M fx H
用施加在陀螺仪力矩器上的电流 It 所产生的控制力矩 Mb 替代 Mfx, 得
➢ 平台绕 Y-轴停止旋转 最终: 陀螺存在一个小转角θ，平 台存在一个小转角 αy
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
5
1.3 单轴跟踪
给陀螺的力矩器施加电流 It , 产生控制力矩 Mb
JycMb
It Z
Y
T
S
X
M
G(S)
Y
θ→ 电机 M → 平台 → y
M fY M e 1 H
JPS 2
JS C
M fb
C2
e in G(S )
S 1
M fY
Me
1
或更详 细地
M fb
J pS 2
Y
陀螺力矩
HS
M fx
C2 s 1
G(S)
1
JS 2 CS
HS
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
8
1.5 陀螺力矩及陀螺干扰力矩
陀螺
(S) Me (S)
JPS2
(S) H (S) JSC
控制器
G(S)
---- 静态增益 C1
电机
Mfb(S) C2
ein(S) S 1
Lecture 8 -- Inertial Platform Control
7
1.5 单轴系统方框图
M fY
Me M fb
平台 陀螺
电机 e in 控制器