一种空间稳定惯导系统阻尼切换延迟和超调控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种空间稳定惯导系统阻尼切换延迟和超调控制方法。在空间稳定惯导系统处于阻尼状态时，始终保存当前时刻之前5分钟内的系统的原始数据；当载体在机动时，对惯导系统的阻尼模式进行判断，并可利用所存储的前5分钟系统原始数据，恢复系统的无阻尼状态，有效消除阻尼切换的延时；此外，在阻尼状态与无阻尼状态进行切换时，将惯导相对外参考系统的初始速度差和初始高度差引入到积分器的输入端，使阻尼切换过程中系统修正回路仍满足舒拉调谐条件，抑制阻尼对系统输出产生的超调现象。该方法可以有效避免空间稳定惯导系统阻尼网络变化导致的系统平衡状态被破坏，保证了空间稳定惯导系统的精度和自主性。

【技术实现步骤摘要】
一种空间稳定惯导系统阻尼切换延迟和超调控制方法
本专利技术属于阻尼惯性导航系统的
，尤其涉及一种空间稳定惯导系统阻尼切换延迟和超调控制方法。
技术介绍
以静电陀螺惯导系统为代表的空间稳定惯导系统已成为目前高精度的导航系统，被广泛地应用于航海、航天和航空领域。由于陀螺漂移和加速度计零偏等影响，无阻尼的惯导系统导航误差包含舒拉周期的振荡，且舒拉振荡的幅度与导航时间平方根成正比，这难以满足长航时的导航需求，误差的发散会使系统失去定位能力。为了抑制误差的发散，在系统回路中加入水平速度和高度阻尼网络，使临界稳定惯导系统变成一个渐进稳定的系统。当载体做较大机动时，外部速度信息和高度信息存在较大误差，由于判断及操作稍有延迟，通过阻尼网络已经引入误差。此外，传统的长航时惯导系统一般使用惯导工作状态切换的方法，即当载体以恒定速度、航向航行时，使惯导工作在阻尼状态，而当载体机动航行时，将惯导切换到无阻尼状态。这种状态切换的过程中会产生动态超调，影响系统精度。传统惯导未能很好地解决这一问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种解决一般惯性导航系统阻尼切换过程存在延迟，有超调现象缺点的空间稳定惯导系统阻尼切换延迟和超调控制方法。本专利技术的目的是这样实现的：包括如下步骤：步骤一：空间稳定惯导系统处于导航工作模式，系统始终保存当前时刻之前5分钟内的系统原始数据；所涉及的数据包括：惯导系统的转换矩阵比力fe，以及多普勒测速仪提供的外部参考速度信息vr、高度表提供的外部参考高度信息hr；步骤二：依据载体机动方式，判断惯导系统需切换成的具体阻尼模式；当载体仅在水平方向有机动时，惯导系统切换至水平通道无阻尼、高度通道阻尼模式；当载体仅在高度方向有机动时，惯导系统切换至水平通道阻尼、高度通道无阻尼模式；当载体在水平方向和高度方向都有机动时，惯导系统切换至无阻尼模式；步骤三：记录阻尼开始切换时刻，空间稳定惯导系统的切换初始速度和切换初始高度由多普勒测速仪提供的外部参考切换初始速度和由高度表提供的外部参考初始切换高度步骤四：将阻尼状态切换点选择在当前时刻之前，利用步骤一中保存的之前5分钟的系统原始数据来模拟空间稳定惯导系统解算，恢复系统相应通道的进行阻尼切换之前的阻尼状态；所涉及的水平通道阻尼切换，将步骤三中记录的空间稳定惯导系统的初始切换速度与外部参考初始切换速度之差经过常值增益或放大器，引入到空间稳定惯导系统速度积分器的输入端，使阻尼切换过程中空间稳定惯导系统水平修正回路仍满足舒拉调谐条件；所涉及的高度通道阻尼切换，将步骤三中记录的空间稳定惯导系统的初始切换高度与外部参考初始切换高度之差经过常值增益或放大器，分别反馈到空间稳定惯导系统位置积分器和速度积分器的输入端，使阻尼切换过程中空间稳定惯导系统高度修正回路仍满足舒拉调谐条件；步骤五：当载体需从水平、高度通道的无阻尼状态切换到阻尼状态时，重复步骤一、步骤四进行阻尼切换。加速度计组合件输出比力fP经过坐标转换矩阵变换为e系中的比力fe，由p系到e系的方向余弦矩阵的微分方程为：其中，为陀螺漂移角速率，为地球自转角速率，和分别表示和的反对称矩阵；转换矩阵为由框架角指示值计算，为p系到e系的方向余弦矩阵。本专利技术的有益效果在于：本专利技术针对空间稳定惯性导航系统，对相互独立的水平阻尼和高度阻尼通道进行隔离切换控制，尽可能消除阻尼切换给系统带来的动态超调。由于载体机动判断及操作存在延迟，外部参考速度或高度误差通过阻尼网络已经引入系统中，传统的阻尼切换过程忽略了切换延迟的影响，本专利技术利用系统保存之前的原始数据恢复系统的无阻尼状态，有效地消除阻尼切换的延迟。针对一般阻尼状态切换带来的系统动态超调，本专利技术将初始速度差或高度差通过放大器引入积分器输入端进行补偿，避免系统阻尼网络变化导致系统平衡状态的破坏，从而保证了系统的精度。附图说明图1是本专利技术的方法流程图；图2是本专利技术提供的带阻尼空间稳定惯性系统机械编排框图；图3是本专利技术提供的引入补偿后的带阻尼空间稳定惯性系统机械编排框图；图4是本专利技术提供的未补偿和补偿后的系统阻尼切换平台误差角对比图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术实施例的目的在于提供一种空间稳定惯导系统阻尼切换延迟和超调控制方法，旨在解决一般惯性导航系统阻尼切换过程存在延迟，有超调现象等缺点。根据实际机动情况选择水平速度和高度阻尼方式，利用存储的加速度计和平台信息恢复空间稳定惯导系统解算过程，并引入初始速度差来补偿阻尼切换过程带来的动态超调，尽可能消除阻尼切换给系统带来的不利影响。本专利技术公开了一种空间稳定惯导系统阻尼切换延迟和超调控制方法。该方法中，在空间稳定惯导系统处于阻尼(水平速度阻尼和高度阻尼)状态时，系统始终保存当前时刻之前5分钟内的系统的原始数据，包括加速度计和空间稳定平台信息；当载体在水平或高度有较大机动时，为了消除外部参考信息误差，将对应通道需要切换到无阻尼模式，由于判断及操作稍有延迟，可利用之前5分钟的系统原始数据恢复系统的无阻尼状态；此外，进行阻尼切换过程本身会导致系统产生超调，于是，在阻尼状态与无阻尼状态进行切换时，将初始速度差和初始高度差引入到积分器的输入端，使阻尼切换过程中系统修正回路仍满足舒拉调谐条件，从而消除阻尼切换对系统的不利影响。本专利技术根据空间稳定惯导系统的开环解算工作方式这一特点，可恢复系统相应通道的无阻尼状态，消除载体机动判断延迟，外部参考信息误差带来的不利影响，同时阻尼切换导致的动态超调进行补偿，避免系统阻尼网络变化导致系统平衡状态的破坏，保证了系统的精度和自主性。步骤一：在空间稳定惯导系统处于外部速度和高度阻尼模式时，系统始终保存当前时刻之前5分钟内的系统的原始数据，即转换矩阵和比力fe(包括加速度计和空间稳定平台信息)和外部参考信息(速度信息vr和高度信息hr)；步骤二：当载体仅在水平方向有较大机动时，需要切换到高度阻尼模式，当载体仅在高度方向有较大机动时，需要切换到水平阻尼模式，当载体在水平方向和高度方向都有较大机动时，需要切换到无阻尼模式；步骤三：由于载体机动判断及操作存在延迟，外部参考速度或高度误差已经引入到系统中。于是，将阻尼状态切换点选择在当前时刻之前，可利用已保存的之前5分钟的系统原始数据来模拟空间稳定惯导系统解算，恢复系统相应通道的无阻尼状态；步骤四：空间稳定惯导系统的解算坐标系可以是i系或者e系，考虑到坐标转换矩阵是随时间变化的，而与时间无关，为了便于恢复系统解算过程，选择在e系进行解算；步骤五：即便是排除了外部参考速度或高度误差的影响，进行阻尼切换过程本身会导致系统产生动态超调，为了解决这一问题，在阻尼状态与无阻尼状态进行切换时，记录当前时刻空间稳定惯导系统解算初始速度和初始高度外部参考初始速度(由多普勒测速仪提供)和初始高度(由高度表提供)；步骤六：对于水平通道阻尼切换，将系统解算初始速度与外部参考初始速度之差经过常值增益或具有一定频率特性的放大器，引入到速度积分器的输入端，使阻尼切换过程中空间稳定惯导系统水平修正回路仍满足舒拉调谐条件；步骤七：对于高度通道阻尼切换，将系统解算初始高度与外部参考初始高度之差经过常值增益或具有一定频率特性的放大器，分别反馈到位置积分器和速度积分器的输入端，使阻尼切换过程中空间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间稳定惯导系统阻尼切换延迟和超调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：空间稳定惯导系统处于导航工作模式，系统始终保存当前时刻之前5分钟内的系统原始数据；所涉及的数据包括：惯导系统的转换矩阵比力fe，以及多普勒测速仪提供的外部参考速度信息vr、高度表提供的外部参考高度信息hr；步骤二：依据载体机动方式，判断惯导系统需切换成的具体阻尼模式；当载体仅在水平方向有机动时，惯导系统切换至水平通道无阻尼、高度通道阻尼模式；当载体仅在高度方向有机动时，惯导系统切换至水平通道阻尼、高度通道无阻尼模式；当载体在水平方向和高度方向都有机动时，惯导系统切换至无阻尼模式；步骤三：记录阻尼开始切换时刻，空间稳定惯导系统的切换初始速度和切换初始高度由多普勒测速仪提供的外部参考切换初始速度和由高度表提供的外部参考初始切换高度步骤四：将阻尼状态切换点选择在当前时刻之前，利用步骤一中保存的之前5分钟的系统原始数据来模拟空间稳定惯导系统解算，恢复系统相应通道的进行阻尼切换之前的阻尼状态；所涉及的水平通道阻尼切换，将步骤三中记录的空间稳定惯导系统的初始切换速度与外部参考初始切换速度之差经过常值增益或放大器，引入到空间稳定惯导系统速度积分器的输入端，使阻尼切换过程中空间稳定惯导系统水平修正回路仍满足舒拉调谐条件；所涉及的高度通道阻尼切换，将步骤三中记录的空间稳定惯导系统的初始切换高度与外部参考初始切换高度之差经过常值增益或放大器，分别反馈到空间稳定惯导系统位置积分器和速度积分器的输入端，使阻尼切换过程中空间稳定惯导系统高度修正回路仍满足舒拉调谐条件；步骤五：当载体需从水平、高度通道的无阻尼状态切换到阻尼状态时，重复步骤一、步骤四进行阻尼切换。...

【技术特征摘要】
1.一种空间稳定惯导系统阻尼切换延迟和超调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：空间稳定惯导系统处于导航工作模式，系统始终保存当前时刻之前5分钟内的系统原始数据；所涉及的数据包括：惯导系统的转换矩阵比力fe，以及多普勒测速仪提供的外部参考速度信息vr、高度表提供的外部参考高度信息hr；步骤二：依据载体机动方式，判断惯导系统需切换成的具体阻尼模式；当载体仅在水平方向有机动时，惯导系统切换至水平通道无阻尼、高度通道阻尼模式；当载体仅在高度方向有机动时，惯导系统切换至水平通道阻尼、高度通道无阻尼模式；当载体在水平方向和高度方向都有机动时，惯导系统切换至无阻尼模式；步骤三：记录阻尼开始切换时刻，空间稳定惯导系统的切换初始速度和切换初始高度由多普勒测速仪提供的外部参考切换初始速度和由高度表提供的外部参考初始切换高度步骤四：将阻尼状态切换点选择在当前时刻之前，利用步骤一中保存的之前5分钟的系统原始数据来模拟空间稳定惯导系统解算，恢复系统相应通道的进行阻尼切换之前的阻尼状态；所涉及的水平通道阻尼切换，将步骤三中记录的空间稳定惯导系统的初始切换速度与外部参考初始切换速...

【专利技术属性】
技术研发人员：高伟，赵博，姜鑫，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23