一种航空遥感惯性稳定平台耦合力矩估计与补偿方法

摘要

一种航空遥感惯性稳定平台耦合力矩估计与补偿方法，通过建立三轴惯性稳定平台动力学模型，根据POS、横滚/俯仰陀螺、方位码盘实时测出的信息，估算出基座及框架间耦合力矩，然后计算出抵消此耦合力矩所需的力矩电机电流值，并将此电流值补偿到电流环的电流给定输入值中，使电机输出与耦合力矩大小相等、方向相反的力矩，补偿平台耦合力矩干扰，提高平台稳定精度。本发明实现了耦合力矩的实时估算与补偿，提高了稳定精度，适用于具有基座及框架间耦合力矩的航空遥感惯性稳定平台。

主权项

一种航空遥感惯性稳定平台耦合力矩估计与补偿方法，其特征在于:基于建立的三轴动力学方程，根据POS、陀螺、码盘测量值估算耦合力矩值，进一步计算补偿电流值，具体包括以下步骤：(1)针对航空遥感三轴惯性稳定平台建立动基座下简化动力学模型，如下：①方位框绕方位轴的动力学方程为：$J_{\mathrm{az}}({\stackrel{·}{\omega }}_{\mathrm{ifz}}^f+{\stackrel{··}{\theta }}_a)=M_z$②俯仰框组件绕俯仰轴的动力学方程简化为：${\left[(J_{\mathrm{ax}}+J_{\mathrm{fx}}){\omega }_{\mathrm{ifx}}^f\right]}^{\prime }+(J_{\mathrm{az}}+J_{\mathrm{fz}}-J_{\mathrm{ay}}-J_{\mathrm{fy}}){\omega }_{\mathrm{ify}}^f{\omega }_{\mathrm{ibz}}^b-J_{\mathrm{az}}{\stackrel{·}{\theta }}_a{\omega }_{\mathrm{ify}}^f=M_x$③横滚框组件绕横滚轴方向动力学方程简化为：$\begin{array}{c}[(J_{\mathrm{ry}}+J_{\mathrm{ay}}+J_{\mathrm{fy}}){\omega }_{\mathrm{ify}}^f{]}^{\prime }+(J_{\mathrm{rx}}-J_{\mathrm{rz}}){\omega }_{\mathrm{ibx}}^b{\omega }_{\mathrm{ibz}}^b+(J_{\mathrm{ax}}+J_{\mathrm{fx}}){\omega }_{\mathrm{ifx}}^f{\omega }_{\mathrm{ibz}}^b\\ -(J_{\mathrm{az}}+J_{\mathrm{fz}}){\omega }_{\mathrm{ibz}}^b{\omega }_{\mathrm{ibz}}^b+J_{\mathrm{az}}{\stackrel{·}{\theta }}_a{\omega }_{\mathrm{ibx}}^b=M_y\end{array}$其中定义：J_ax、J_ay、J_az分别为方位框架在x、y、z轴的转动惯量；J_fx、J_fy、J_fz分别为俯仰框架在x、y、z轴的转动惯量；J_rx、J_ry、J_rz分别为横滚框架在x、y、z轴的转动惯量；为基座相对惯性空间的角速度在基座坐标系的表达，其在x、y、z轴上的投影分别记为为俯仰框架相对惯性空间的角速度在俯仰框坐标系的表达，其在x、y、z轴上的投影分别记为为俯仰框架相对惯性空间的角加速度在俯仰框坐标系的表达在z轴的投影；θ_a为方位框架相对俯仰框架转角，为方位框架相对俯仰框架转角角速度；为方位框架相对俯仰框架转角角加速度；M_x为俯仰框组件沿x轴受到的综合力矩，M_y为横滚框组件沿y轴受到的综合力矩，M_z为方位框架沿z轴受到的综合力矩；(2)利用安装于基座的POS测量和利用安装于俯仰框架的横滚和俯仰陀螺测量和利用安装于方位框架的码盘测量θ_a，间接计算(3)根据步骤(2)中直接测量值或间接计算值θ_a和计算横滚框耦合力矩值M_{couple_y}和俯仰框耦合力矩值M_{couple_x}；(4)根据步骤(3)中计算得到的横滚框耦合力矩值M_{couple_y}和俯仰框耦合力矩值M_{couple_x}，进一步计算出抵消横滚框耦合力矩M_{couple_y}所需的力矩电机电流值I_{com_y}，抵消俯仰框耦合力矩M_{couple_x}所需的力矩电机电流值I_{com_x}，并将计算出的电流值补偿到电流环的电流给定输入值中，电机输出与耦合力矩大小相等、方向相反的力矩，补偿惯性平台耦合干扰力矩；所述步骤(3)中根据步骤(2)中直接测量值或间接计算值计算俯仰框耦合力矩值M_{couple_x}、横滚框耦合力矩值M_{couple_y}，具体如下：$M_{\mathrm{couple}\_x}=(J_{\mathrm{az}}+J_{\mathrm{fz}}-J_{\mathrm{ay}}-J_{\mathrm{fy}}){\omega }_{\mathrm{ify}}^f{\omega }_{\mathrm{ibz}}^b-J_{\mathrm{az}}{\stackrel{·}{\theta }}_a{\omega }_{\mathrm{ify}}^f$$M_{\mathrm{couple}\_y}=(J_{\mathrm{rx}}-J_{\mathrm{rz}}){\omega }_{\mathrm{ibx}}^b{\omega }_{\mathrm{ibz}}^b+(J_{\mathrm{ax}}+J_{\mathrm{fx}}){\omega }_{\mathrm{ifx}}^f{\omega }_{\mathrm{ibz}}^b-(J_{\mathrm{az}}+J_{\mathrm{fz}}){\omega }_{\mathrm{ibz}}^b{\omega }_{\mathrm{ibz}}^b+J_{\mathrm{az}}{\stackrel{·}{\theta }}_a{\omega }_{\mathrm{ibx}}^b.$