慣性技術課件6 -平臺式慣導(哈工大版,1-16全)

PlatformInertialNavigationSystem平臺式慣導系統(tǒng)1Lecture6--BasictypesofINSOutline慣導系統(tǒng)的分類基于當?shù)氐乩碜鴺讼档腎NS--穩(wěn)定與修正基于慣性坐標系的INS–重力補償框架系統(tǒng)2Lecture6--BasictypesofINSvehicleplatform1.0慣導系統(tǒng)的任務XAcc.YAcc.導航過程中,平臺必須模擬坐標系XY,這是借助于陀螺儀實現(xiàn)的.所有慣導系統(tǒng)都需要解決的兩個問題：利用陀螺儀建立信號測量基準.對加速度計的輸出進行積分，獲取速度和位置.3Lecture6--BasictypesofINS2.0*慣導系統(tǒng)的分類依據(jù)對導航參考坐標系的選取和實現(xiàn)方式INS平臺式捷聯(lián)式選取慣性坐標系為導航坐標系選取地球坐標系為導航坐標系選取地理坐標系為導航坐標系自由或游動方位的水平坐標系同上力學編排4Lecture6--BasictypesofINSOutline慣導系統(tǒng)的分類基于當?shù)氐乩碜鴺讼档腎NS--穩(wěn)定與修正基于慣性坐標系的INS–重力補償框架系統(tǒng)5Lecture6--BasictypesofINS3.1慣性平臺–立體示意圖電機外環(huán)傳感內環(huán)電機臺體軸電機傳感放大、校正臺體6Lecture6--BasictypesofINSM2M13.2平臺穩(wěn)定回路當慣導平臺跟蹤當?shù)氐乩碜鴺讼禃r需要有穩(wěn)定回路和修正回路

穩(wěn)定回路的機制：當平臺繞外框架軸旋轉(由于干擾影響)陀螺儀Gy進動并有輸出

Gy的輸出被送到電機M2M2產生恢復力矩平臺繞相反方向旋轉，直到回到原來位置7Lecture6--BasictypesofINS3.3坐標變換器當載體繞著平臺的方位軸相對慣性空間旋轉90度如果陀螺Gy的輸出仍被送到M2……將會產生錯誤的控制需要增加坐標變換器M2M18Lecture6--BasictypesofINS3.4平臺修正地理坐標系相對慣性空間的旋轉為了使平臺跟蹤地理坐標系，應使其以同樣角速度相對慣性空間旋轉?？刂齐娏魇┘拥酵勇輧x上,使它們產生相應的進動。陀螺儀的進動通過電機被傳遞給平臺,使得平臺跟蹤地理坐標系(平臺的修正)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:修正回路工作過程M2M1加速度計輸出有害加速度補償

第一次積分計算地理坐標系相對慣性空間的旋轉角速度陀螺力矩器陀螺進動放大器力矩電機平臺轉動15Lecture6--BasictypesofINSOutline慣導系統(tǒng)的分類基于當?shù)氐乩碜鴺讼档腎NS--穩(wěn)定與修正基于慣性坐標系的INS–重力補償框架系統(tǒng)16Lecture6--BasictypesofINS4.1基于慣性系的導航選取慣性坐標系為導航坐標系：平臺相對慣性空間穩(wěn)定好處:平臺只需要穩(wěn)定回路加速度計的輸出中沒有苛氏加速度和向心加速度17Lecture6--BasictypesofINS4.2基于慣性系的導航:缺點為了獲取載體相對地球的位置和速度，需要進行變換導航過程中，重力加速度g

相對平臺的方向在不斷改變由于沿著三個加速度計敏感軸方向的g

的分量不斷在變，對它們必須進行實時的計算.缺點: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

當載體從A移動到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h<<Rg的分量取決于載體的位置x,y和z

20Lecture6--BasictypesofINS4.4測量和計算21Lecture6--BasictypesofINS4.5方框圖無修正回路M2M1引入了g的分量的補償22Lecture6--BasictypesofINSOutline慣導系統(tǒng)的分類基于當?shù)氐乩碜鴺讼档腎NS--穩(wěn)定與修正基于慣性坐標系的INS–重力補償框架系統(tǒng)23Lecture6--BasictypesofINS坐標變換器電機5.0平臺:隔離和跟蹤物理式平臺：平臺的轉動和載體的轉動通過框架系統(tǒng)隔離平臺上加速度計的敏感軸需和導航坐標系的各軸分別重合平臺借助于穩(wěn)定回路和修正回路來模擬導航坐標系24Lecture6--BasictypesofINS坐標變換器電機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:內部臺體,內框架,外框架三環(huán)系統(tǒng)的局限：無法實現(xiàn)全姿態(tài)25Lecture6--BasictypesofINS俯仰軸方位軸滾動軸5.2框架:三環(huán)的閉鎖三環(huán)系統(tǒng)應用舉例：外框架軸//載體的俯仰軸載體可繞方位軸和俯仰軸任意轉動載體繞滾動軸的轉動只能限于±90o度之間26Lecture6--BasictypesofINS俯仰軸方位軸滾動軸5.3*框架:三環(huán)的閉鎖當滾動角為90度,框架系統(tǒng)無法再隔離載體繞其俯仰軸的轉動——閉鎖三環(huán)系統(tǒng)必須選擇適當?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:第三個環(huán)的轉動被限制在±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:當載體水平飛行時,二環(huán)垂直于三環(huán)這時四環(huán)和三環(huán)在同一個平面內載體可以繞任何軸任意旋轉28Lecture6--BasictypesofINS5.4框架:四環(huán)當載體繞滾動軸旋轉由于穩(wěn)定回路，平臺仍保持在水平位置.四環(huán)和三環(huán)則可能因為載體的旋轉也產生旋轉B:這時二環(huán)和三環(huán)之間不再相互垂直.電位計將產生輸出.29Lecture6--BasictypesofINS5.4框架:四環(huán)電機利用電位計的輸出去東四環(huán)C:四環(huán)帶動三環(huán)旋轉，直到電位計的輸出為零這樣，二環(huán)和三環(huán)重新保持相互垂直.閉鎖現(xiàn)象得以避免