基于稳定奇异值的惯性平台全姿态控制方法

doi:10.3969/j.issn.1674-5558.2020.h4.017

导航与控制 ›› 2020, Vol. 19 ›› Issue (4/5): 143-153.doi: 10.3969/j.issn.1674-5558.2020.h4.017

基于稳定奇异值的惯性平台全姿态控制方法

闵跃军^1,2, 魏宗康^1,2

1.北京航天控制仪器研究所,北京 100039;
2.超精密航天控制仪器技术实验室,北京 100039

收稿日期:2020-03-19 出版日期:2020-10-05 发布日期:2020-12-22
作者简介:闵跃军,男,精密机械仪表专业,研究员。现任中国航天科技集团公司九院13所所长/230厂厂长,超精密航天控制仪器技术实验室主任。长期从事多个型号惯性导航系统的研制,先后担任多个型号惯性导航系统的技术负责人,为国务院特殊津贴专家,中国航天基金奖获得者,获“中国载人航天工程突出贡献者”称号。
基金资助:
国防科技创新特区(编号:18-163-15-LZ-001-002-10)

All Attitudes Control Method of Inertial Platform Based on Stable Singular Value

MIN Yue-jun^1,2, WEI Zong-kang^1,2

1. Beijing Institute of Aerospace Control Devices, Beijing 100039;
2. Laboratory of Science and Technology on Ultra-precision Aerospace Control Instrument, Beijing 100039

Received:2020-03-19 Online:2020-10-05 Published:2020-12-22

摘要/Abstract

摘要： 在载体大机动飞行的背景下,要求惯性平台具备全姿态的功能。传统的认知中,三轴平台因为内框架角不能工作在接近于±90°的大角度而不具备全姿态功能,为此在内框架增加了限位装置以限制内框架角的工作范围。在三轴平台的基础上发展出了四轴平台以使内部三个轴始终处于正交状态,从而实现全姿态功能,但外框架角却在工作于±90°时不能保证内框架角处于零位。本文提出了一种基于稳定奇异值的惯性平台全姿态控制方法,验证了三轴平台在框架锁定时通过主动控制可具备自解锁功能,从而具备全姿态能力,颠覆了传统参考资料中对三轴平台的认知。相对于四轴平台,三轴平台少了一个框架,体积和质量都可减小。因此,在高精度惯性导航的工程应用中,将会从四轴平台又回归到三个框架角都具备±180°回转能力的三轴平台。

关键词: 惯性平台, 全姿态控制, 稳定奇异值, 三轴平台, 四轴平台

Abstract: The inertial platform has to function in all attitudes for a vehicle flexible flight. In the past, three-axes platform cannot achieve this because the inner frame angle is not able to be ±90°. A nail is therefore clenched to the inner frame in order to limit the inner frame angle. The four-axes platform is developed to realize all attitude function based on the three-axes platform in order to make the platform axes, inner frame axes and outer frame axes being perpendicularity with each other. But this condition will not be satisfied when the outer frame angle is ±90°. An all attitudes controlling method of inertial platform based on singular value stability is proposed in this paper. With this method, the three-axes platform can be self unlocked by active control when the three turning axes are in a plane. The above conclusion overthrows the traditional knowledge. In contrast to four-axes platform, the three-axes platform has the advantage of fewer volume and weight. So the three-axes platform with ±180° turning range, not the four-axes platform, will achieve higher precision when applied to inertial navigation.

Key words: inertial platform, all attitude control, stable singular value, three-axes platform, four-axes platform

中图分类号:

U666.1

闵跃军, 魏宗康. 基于稳定奇异值的惯性平台全姿态控制方法[J]. 导航与控制, 2020, 19(4/5): 143-153.

MIN Yue-jun, WEI Zong-kang. All Attitudes Control Method of Inertial Platform Based on Stable Singular Value[J]. Navigation and Control, 2020, 19(4/5): 143-153.

参考文献

[1] 陆元九. 惯性器件(下)[M]. 北京: 中国宇航出版社, 2009.
LU Yuan-jiu. Inertial device(2^nd)[M]. Beijing: China Aerospace Press, 2009.
[2] 邓正隆. 惯性导航原理[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 1994.
DENG Zheng-long. Principle of inertial navigatio[M]. Harbin: Harbin Institute of Technology Press, 1994.
[3] 赵军虎, 洪娟, 李渤弘. 四轴惯性平台随动框架控制策略研究[J]. 导航与控制, 2017, 16(4): 32-37.
ZHAO Jun-hu, HONG Juan, LI Bo-hong. Research on control method for follow-up axis of four-axis inertial platform[J]. Navigation and Control, 2017, 16(4): 32-37.
[4] 康尧磊, 王汀, 朱志刚. 四轴平台外框架角±90°时运动特性仿真分析[J]. 导航与控制, 2009, 8(2): 1-8.
KANG Yao-lei, WANG Ting, ZHU Zhi-gang. Simulation and analysis of 4-axes platform with outer frame angle at ±90°[J]. Navigation and Control, 2009, 8(2): 1-8.
[5] 高桂杰, 张艳霞, 夏刚, 等. 四轴平台随动系统的模型分析与设计[J]. 导航与控制, 2014, 13(4): 21-25+31.
GAO Gui-jie, ZHANG Yan-xia, XIA Gang, et al. The model analysis and design of the follow-up system of the four-axes inertial platform[J]. Navigation and Control, 2014, 13(4): 21-25+31.
[6] 魏宗康, 夏刚, 高桂杰, 等. 四轴平台伺服系统建模研究[J]. 中国惯性技术学报, 2002, 10(5): 6-10+19.
WEI Zong-kang, XIA Gang, GAO Gui-jie, et al. Modeling of four-axes platform's servo system[J]. Journal of Chinese Inertial Technology, 2002, 10(5): 6-10+19.
[7] 魏宗康, 徐强, 夏刚, 等. 平台稳定回路H_∞鲁棒控制设计[J]. 中国惯性技术学报, 2001, 9(3): 1-8.WEI Zong-kang, XU Qiang, XIA Gang, et al. Design of H_∞ robust control for platform's servo loop[J]. Journal of Chinese Inertial Technology, 2001, 9(3): 1-8.
[8] 李海霞, 高钟毓, 张嵘, 等. 四轴陀螺稳定平台的变结构分区控制[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2010, 50(7): 1023-1028.
LI Hai-xia, GAO Zhong-yu, ZHANG Rong, et al. Variable structure zoning control of a four-axis gyro stabilized platform[J]. Journal of Tsinghua University(Science and Technology), 2010, 50(7): 1023-1028.

[1]	张金云, 姜欢, 赵军虎, 刘凯, 王汀. 惯性平台系统石英加速度计温度建模补偿技术[J]. 导航与控制, 2021, 20(3): 66-73.
[2]	高钟毓. 旋转调制式惯性平台的圆锥运动误差[J]. 导航与控制, 2020, 19(4/5): 135-142.
[3]	陈伟雄, 王林, 郑涛, 王立哲. 惯性平台中星敏感器安装误差标定方法研究[J]. 导航与控制, 2017, 16(5): 71-75.
[4]	赵军虎, 洪娟, 李渤弘. 四轴惯性平台随动框架控制策略研究[J]. 导航与控制, 2017, 16(4): 32-37.
[5]	郭宗本, 刘静, 柳柱, 朱志刚. 全姿态惯导系统全方位射向装定技术研究[J]. 导航与控制, 2017, 16(3): 23-28.
[6]	马一通, 王二伟, 张浩. 一种高精度多路温度采集方法研究[J]. 导航与控制, 2017, 16(3): 43-49.
[7]	王二伟, 姜海峰, 黄钢, 张艳霞, 王汀. 基于LabView的陀螺加矩电路测试方法[J]. 导航与控制, 2016, 15(5): 108-112.
[8]	孙超, 倪娜, 王汀, 魏燕红. 一种补偿惯性平台基座不水平的转位算法[J]. 导航与控制, 2016, 15(1): 23-27.
[9]	张金云, 郭宗本, 刘伟, 杨震, 闰祿. 惯性平台系统摇摆条件下的漂移处理方法[J]. 导航与控制, 2015, 14(5): 94-100.
[10]	杨震, 王帆, 张金云, 王汀. 一种惯性平台随动轴控制方法设计与实现[J]. 导航与控制, 2015, 14(4): 94-99.
[11]	刘昀, 武俊勇, 康军, 胡光龙. 铝基复合材料在平台环架的应用研究[J]. 导航与控制, 2015, 14(3): 98-102.
[12]	刘静, 闰祿, 郭宗本, 朱志刚. 三框架四轴惯性平台系统弹体姿态角解算方法[J]. 导航与控制, 2015, 14(2): 64-69.
[13]	高桂杰, 张艳霞, 夏刚, 魏宗康. 四轴平台随动系统的模型分析与设计[J]. 导航与控制, 2014, 13(4): 21-25.
[14]	. 小型化平台温度场研究[J]. 导航与控制, 2013, 12(2): 37-41.
[15]	王帆, 王汀, 朱宗荣. 惯性平台稳定回路干扰观测补偿控制律设计[J]. 导航与控制, 2012, 11(3): 48-51.

基于稳定奇异值的惯性平台全姿态控制方法

All Attitudes Control Method of Inertial Platform Based on Stable Singular Value

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics