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原文传递舰船用平台式惯导系统测控技术研究

论文题名：	舰船用平台式惯导系统测控技术研究
关键词：	惯性导航系统;惯性元件;温度控制;稳定回路;陀螺壳体旋转监控;水平阻尼网络;舰船导航系统
摘要：	惯性导航系统的误差是随其使用时间的延长而增长的，增长的速度与惯性元件的精度有关，而惯性导航系统精度的提高依赖于惯性元件精度的提高和系统能否最大限度地发挥惯性元件的精度。为此，本文深入开展了改善惯性元件工作环境和基于现有惯性元件精度条件下提高系统精度的研究工作：液浮惯性元件的精度受其温度控制精度的影响很大。本文提出了基于内模控制的惯性元件温度控制的方法，设计并实现了用单片机完成内模温度控制的总体方案。通过系统仿真研究与实验性能测试，结果表明：基于内模控制的惯性元件温度控制具有抗干扰能力强、温控精度高的优点。在设计、实现了单位置环反馈平台稳定回路的基础上，提出了基于姿态角旋转变压器轴角信号微分获得轴角速度信号的方法，解决了国内平台稳定回路长期只能采用单位置环反馈控制的问题，设计了位置环、速度环双环反馈的平台稳定回路控制方案。仿真表明：稳定回路双环反馈方法可以在同样的系统开环放大倍数下获得比单位置坏反馈方法更好的静态跟踪精度和动态跟踪精度。设计了基于自抗扰控制方法的二自由度陀螺稳定平台控制回路，主要包括：基于稳定回路系统实际工作状态设计了稳定回路自抗扰控制器的结构，整定了自抗扰控制器的各个参数。仿真结果表明：基于自抗扰控制方法的稳定回路具有快速估计扰动量并及时补偿此扰动量的能力；自抗扰控制器中的非线性函数可以使设计的稳定回路具有调节速度快、动态误差小、无稳态误差、系统抗干扰能力强、鲁棒性好的优点；可以获得比双环反馈方法更好的静态跟踪精度和动态跟踪精度。深入研究陀螺壳体旋转系统监控技术，详细推导了采用壳体旋转监控技术后陀螺在四种形式的确定性干扰力矩情况下所产生的陀螺漂移结果；得出了典型参数下陀螺壳体旋转角速度的选取范围；详细推导得出了陀螺在三种常见随机干扰力矩相关函数形式产生的陀螺漂移方差的表达式，通过比较陀螺壳体旋转与不旋转陀螺漂移方差间的关系，提出了根据陀螺随机漂移统计特性选取陀螺壳体旋转角速度的原则；给出了惯导系统陀螺壳体旋转监控技术的实现方法。提出惯导系统变阻尼系数水平阻尼网络切换的方法，给出二阶水平阻尼网络的优化原则，设计了不同阻尼系数的二阶水平阻尼网络；给出了基于不同阻尼系数二阶水平阻尼网络的惯导系统统一数学模型；实现了不同阻尼系数水平阻尼网络间平稳切换的无扰动切换技术。仿真结果表明：所设计的水平阻尼网络符合优化原则，惯导系统根据使用条件切换不同阻尼系数水平阻尼网络能够较好地提高惯导系统在机动航行状态下的系统精度。设计并构建了船用惯性导航系统，完成了惯导系统的室内静基座和摇摆试验、系泊试验和航行试验，结果表明：系统设计正确、方案可行，为进一步深入研究惯导系统方案、提高系统精度奠定了实物基础。通过改善惯性元件工作环境，在系统方案上采取自补偿的陀螺壳体旋转监控技术和变阻尼系数水平阻尼网络切换的方法，对于在现有平台罗经的硬件实现上将其改造为惯性导航系统，具有重要的理论意义及实际应用价值。
作者：	黄卫权
专业：	控制理论与控制工程
导师：	赵国良
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文