慣性技術(shù)課件6 -平臺(tái)式慣導(dǎo)(哈工大版,1-16全)

PlatformInertialNavigationSystem平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)1Lecture6--BasictypesofINSOutline慣導(dǎo)系統(tǒng)的分類基于當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系的INS--穩(wěn)定與修正基于慣性坐標(biāo)系的INS–重力補(bǔ)償框架系統(tǒng)2Lecture6--BasictypesofINSvehicleplatform1.0慣導(dǎo)系統(tǒng)的任務(wù)XAcc.YAcc.導(dǎo)航過程中,平臺(tái)必須模擬坐標(biāo)系XY,這是借助于陀螺儀實(shí)現(xiàn)的.所有慣導(dǎo)系統(tǒng)都需要解決的兩個(gè)問題：利用陀螺儀建立信號測量基準(zhǔn).對加速度計(jì)的輸出進(jìn)行積分，獲取速度和位置.3Lecture6--BasictypesofINS2.0*慣導(dǎo)系統(tǒng)的分類依據(jù)對導(dǎo)航參考坐標(biāo)系的選取和實(shí)現(xiàn)方式INS平臺(tái)式捷聯(lián)式選取慣性坐標(biāo)系為導(dǎo)航坐標(biāo)系選取地球坐標(biāo)系為導(dǎo)航坐標(biāo)系選取地理坐標(biāo)系為導(dǎo)航坐標(biāo)系自由或游動(dòng)方位的水平坐標(biāo)系同上力學(xué)編排4Lecture6--BasictypesofINSOutline慣導(dǎo)系統(tǒng)的分類基于當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系的INS--穩(wěn)定與修正基于慣性坐標(biāo)系的INS–重力補(bǔ)償框架系統(tǒng)5Lecture6--BasictypesofINS3.1慣性平臺(tái)–立體示意圖電機(jī)外環(huán)傳感內(nèi)環(huán)電機(jī)臺(tái)體軸電機(jī)傳感放大、校正臺(tái)體6Lecture6--BasictypesofINSM2M13.2平臺(tái)穩(wěn)定回路當(dāng)慣導(dǎo)平臺(tái)跟蹤當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系時(shí)需要有穩(wěn)定回路和修正回路

穩(wěn)定回路的機(jī)制：當(dāng)平臺(tái)繞外框架軸旋轉(zhuǎn)(由于干擾影響)陀螺儀Gy進(jìn)動(dòng)并有輸出

Gy的輸出被送到電機(jī)M2M2產(chǎn)生恢復(fù)力矩平臺(tái)繞相反方向旋轉(zhuǎn)，直到回到原來位置7Lecture6--BasictypesofINS3.3坐標(biāo)變換器當(dāng)載體繞著平臺(tái)的方位軸相對慣性空間旋轉(zhuǎn)90度如果陀螺Gy的輸出仍被送到M2……將會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的控制需要增加坐標(biāo)變換器M2M18Lecture6--BasictypesofINS3.4平臺(tái)修正地理坐標(biāo)系相對慣性空間的旋轉(zhuǎn)為了使平臺(tái)跟蹤地理坐標(biāo)系，應(yīng)使其以同樣角速度相對慣性空間旋轉(zhuǎn)?？刂齐娏魇┘拥酵勇輧x上,使它們產(chǎn)生相應(yīng)的進(jìn)動(dòng)。陀螺儀的進(jìn)動(dòng)通過電機(jī)被傳遞給平臺(tái),使得平臺(tái)跟蹤地理坐標(biāo)系(平臺(tái)的修正)9Lecture6--BasictypesofINSM2M13.5北向修正回路10Lecture6--BasictypesofINSM2M13.6東向修正回路11Lecture6--BasictypesofINSM2M13.6東向修正回路12Lecture6--BasictypesofINSM2M13.6東向修正回路13Lecture6--BasictypesofINSM2M13.7方位修正回路14Lecture6--BasictypesofINS3.8*總結(jié):修正回路工作過程M2M1加速度計(jì)輸出有害加速度補(bǔ)償

第一次積分計(jì)算地理坐標(biāo)系相對慣性空間的旋轉(zhuǎn)角速度陀螺力矩器陀螺進(jìn)動(dòng)放大器力矩電機(jī)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)15Lecture6--BasictypesofINSOutline慣導(dǎo)系統(tǒng)的分類基于當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系的INS--穩(wěn)定與修正基于慣性坐標(biāo)系的INS–重力補(bǔ)償框架系統(tǒng)16Lecture6--BasictypesofINS4.1基于慣性系的導(dǎo)航選取慣性坐標(biāo)系為導(dǎo)航坐標(biāo)系：平臺(tái)相對慣性空間穩(wěn)定好處:平臺(tái)只需要穩(wěn)定回路加速度計(jì)的輸出中沒有苛氏加速度和向心加速度17Lecture6--BasictypesofINS4.2基于慣性系的導(dǎo)航:缺點(diǎn)為了獲取載體相對地球的位置和速度，需要進(jìn)行變換導(dǎo)航過程中，重力加速度g

相對平臺(tái)的方向在不斷改變由于沿著三個(gè)加速度計(jì)敏感軸方向的g

的分量不斷在變，對它們必須進(jìn)行實(shí)時(shí)的計(jì)算.缺點(diǎn):18Lecture6--BasictypesofINS4.3重力加速度的分量重力加速度g的方向依賴于載體的位移x,y和z

當(dāng)載體從A移動(dòng)到B,

重力加速度g的分量g的大小也和載體距地面的高度有關(guān)19Lecture6--BasictypesofINS考慮載體高度h對g的影響，令4.3重力加速度的分量假設(shè)h<<Rg的分量取決于載體的位置x,y和z

20Lecture6--BasictypesofINS4.4測量和計(jì)算21Lecture6--BasictypesofINS4.5方框圖無修正回路M2M1引入了g的分量的補(bǔ)償22Lecture6--BasictypesofINSOutline慣導(dǎo)系統(tǒng)的分類基于當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系的INS--穩(wěn)定與修正基于慣性坐標(biāo)系的INS–重力補(bǔ)償框架系統(tǒng)23Lecture6--BasictypesofINS坐標(biāo)變換器電機(jī)5.0平臺(tái):隔離和跟蹤物理式平臺(tái)：平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)和載體的轉(zhuǎn)動(dòng)通過框架系統(tǒng)隔離平臺(tái)上加速度計(jì)的敏感軸需和導(dǎo)航坐標(biāo)系的各軸分別重合平臺(tái)借助于穩(wěn)定回路和修正回路來模擬導(dǎo)航坐標(biāo)系24Lecture6--BasictypesofINS坐標(biāo)變換器電機(jī)5.1框架:三環(huán)框架系統(tǒng):三環(huán)系統(tǒng)最普遍三環(huán)組成:內(nèi)部臺(tái)體,內(nèi)框架,外框架三環(huán)系統(tǒng)的局限：無法實(shí)現(xiàn)全姿態(tài)25Lecture6--BasictypesofINS俯仰軸方位軸滾動(dòng)軸5.2框架:三環(huán)的閉鎖三環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用舉例：外框架軸//載體的俯仰軸載體可繞方位軸和俯仰軸任意轉(zhuǎn)動(dòng)載體繞滾動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)只能限于±90o度之間26Lecture6--BasictypesofINS俯仰軸方位軸滾動(dòng)軸5.3*框架:三環(huán)的閉鎖當(dāng)滾動(dòng)角為90度,框架系統(tǒng)無法再隔離載體繞其俯仰軸的轉(zhuǎn)動(dòng)——閉鎖三環(huán)系統(tǒng)必須選擇適當(dāng)?shù)陌惭b方式以避免閉鎖現(xiàn)象四環(huán)系統(tǒng)---通常只要載體的滾動(dòng)角超過70度就需要采用四環(huán)27Lecture6--BasictypesofINS5.4框架:四環(huán)potentiometer2ndring3rdring4thring四環(huán)系統(tǒng)特點(diǎn):第三個(gè)環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)被限制在±20度范圍引入四環(huán)是為了保證二環(huán)和三環(huán)之間垂直原理：A:當(dāng)載體水平飛行時(shí),二環(huán)垂直于三環(huán)這時(shí)四環(huán)和三環(huán)在同一個(gè)平面內(nèi)載體可以繞任何軸任意旋轉(zhuǎn)28Lecture6--BasictypesofINS5.4框架:四環(huán)當(dāng)載體繞滾動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)由于穩(wěn)定回路，平臺(tái)仍保持在水平位置.四環(huán)和三環(huán)則可能因?yàn)檩d體的旋轉(zhuǎn)也產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)B:這時(shí)二環(huán)和三環(huán)之間不再相互垂直.電位計(jì)將產(chǎn)生輸出.29Lecture6--BasictypesofINS5.4框架:四環(huán)電機(jī)利用電位計(jì)的輸出去東四環(huán)C:四環(huán)帶動(dòng)三環(huán)旋轉(zhuǎn)，直到電位計(jì)的輸出為零這樣，二環(huán)和三環(huán)重新保持相互垂直.閉鎖現(xiàn)象得以避免