專利名稱：一種航空遙感慣性穩(wěn)定平臺(tái)耦合力矩估計(jì)與補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種航空遙感慣性穩(wěn)定平臺(tái)耦合力矩估計(jì)與補(bǔ)償方法，可用于各種中、高精度的航空遙感用慣性穩(wěn)定平臺(tái)載體及框架間耦合力矩的補(bǔ)償，特別適用于具有較大和較高頻率姿態(tài)角運(yùn)動(dòng)的飛行平臺(tái)。
背景技術(shù)：
航空遙感系統(tǒng)在機(jī)動(dòng)性、實(shí)時(shí)性、可重復(fù)觀測性、遙感設(shè)備可更換性、獲取高分辨率遙感數(shù)據(jù)能力、經(jīng)濟(jì)成本以及立體觀測等很多方面，都具獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因此，在西方發(fā)達(dá)國家，用于城市規(guī)劃和基本地圖測繪大約65%以上的高分辨率空間數(shù)據(jù)是依靠航空遙感系統(tǒng)來保證的。高分辨率對(duì)地觀測是航空遙感系統(tǒng)發(fā)展的重要方向，但是由于大氣紊流和載機(jī)自身因素的影響，載機(jī)機(jī)體無法保持平穩(wěn)，造成安裝在載機(jī)上的成像載荷視軸搖晃，成像質(zhì)量下降。慣性穩(wěn)定平臺(tái)組成的高分辨率航空遙感平臺(tái)是解決這個(gè)問題的有效措施。慣性穩(wěn)定平臺(tái)用于隔離載機(jī)的角運(yùn)動(dòng)，跟蹤當(dāng)?shù)氐乩硭?，消除干擾力矩對(duì)成像載荷的影響，使成像載荷穩(wěn)定成像。穩(wěn)定精度是慣性穩(wěn)定平臺(tái)的主要技術(shù)指標(biāo)之一，反映了穩(wěn)定平臺(tái)對(duì)干擾力矩的抑制能力。慣性穩(wěn)定平臺(tái)通常采用三軸框架結(jié)構(gòu)，隔離的主要擾動(dòng)是飛機(jī)的姿態(tài)角度變化，由外到內(nèi)依次為飛機(jī)的橫滾、俯仰和方位角，最終實(shí)現(xiàn)安裝在最內(nèi)框架(方位框)上相機(jī)視軸的對(duì)地垂直穩(wěn)定和對(duì)航跡的跟蹤穩(wěn)定。三軸慣性穩(wěn)定平臺(tái)框架運(yùn)動(dòng)角速度和角加速度較大時(shí)，各框架之間的動(dòng)力學(xué)耦合就比較嚴(yán)重，若不采取有效的解耦補(bǔ)償措施將很難保證系統(tǒng)的精度和動(dòng)態(tài)跟蹤性能，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而通常采用的PID控制方法由于沒有考慮耦合因素導(dǎo)致精度下降。因此，在進(jìn)行穩(wěn)定平臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須針對(duì)三個(gè)框架之間動(dòng)力學(xué)耦合問題采用有效的解耦控制方法，提高穩(wěn)定平臺(tái)的控制精度和動(dòng)態(tài)性倉泛。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是:克服常規(guī)反饋控制對(duì)載體及框架間耦合力矩抑制能力不足的缺陷，提供一種航空遙感慣性穩(wěn)定平臺(tái)耦合力矩估計(jì)與補(bǔ)償方法，用以提高系統(tǒng)穩(wěn)定精度。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種航空遙感慣性穩(wěn)定平臺(tái)耦合力矩估計(jì)與補(bǔ)償方法，基于建立的三軸動(dòng)力學(xué)方程，根據(jù)P0S、陀螺、碼盤測量值估算耦合力矩值，進(jìn)一步計(jì)算補(bǔ)償電流值，具體包括以下步驟:(I)針對(duì)航空遙感三軸慣性穩(wěn)定平臺(tái)建立動(dòng)基座下簡化動(dòng)力學(xué)模型，如下:①方位框繞方位軸的動(dòng)力學(xué)方程為:+ 夂)=V②俯仰框組件繞俯仰軸的動(dòng)力學(xué)方程簡化為:
權(quán)利要求
1.一種航空遙感慣性穩(wěn)定平臺(tái)耦合力矩估計(jì)與補(bǔ)償方法，其特征在于:基于建立的三軸動(dòng)力學(xué)方程，根據(jù)POS、陀螺、碼盤測量值估算耦合力矩值，進(jìn)一步計(jì)算補(bǔ)償電流值，具體包括以下步驟: (1)針對(duì)航空遙感三軸慣性穩(wěn)定平臺(tái)建立動(dòng)基座下簡化動(dòng)力學(xué)模型，如下: ①方位框繞方位軸的動(dòng)力學(xué)方程為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空遙感慣性穩(wěn)定平臺(tái)耦合力矩估計(jì)與補(bǔ)償方法，其特征在于:所述步驟(3)中根據(jù)步驟(2)中直接測量值或間接計(jì)算值計(jì)算俯仰框耦合力矩值M_ple—x、橫滾框耦合力矩值M_ple—y，具體如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空遙感慣性穩(wěn)定平臺(tái)耦合力矩估計(jì)與補(bǔ)償方法，其特征在于:所述步驟(4)中抵消耦合力矩所需的力矩電機(jī)電流值步驟如下: (1)根據(jù)估算的耦合力矩值計(jì)算出抵消此耦合力矩所需的力矩電機(jī)電流值，如下: ①抵消俯仰框耦合力矩M_ple—x所需的力矩電機(jī)電流值，
全文摘要
一種航空遙感慣性穩(wěn)定平臺(tái)耦合力矩估計(jì)與補(bǔ)償方法，通過建立三軸慣性穩(wěn)定平臺(tái)動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)POS、橫滾/俯仰陀螺、方位碼盤實(shí)時(shí)測出的信息，估算出基座及框架間耦合力矩，然后計(jì)算出抵消此耦合力矩所需的力矩電機(jī)電流值，并將此電流值補(bǔ)償?shù)诫娏鳝h(huán)的電流給定輸入值中，使電機(jī)輸出與耦合力矩大小相等、方向相反的力矩，補(bǔ)償平臺(tái)耦合力矩干擾，提高平臺(tái)穩(wěn)定精度。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了耦合力矩的實(shí)時(shí)估算與補(bǔ)償，提高了穩(wěn)定精度，適用于具有基座及框架間耦合力矩的航空遙感慣性穩(wěn)定平臺(tái)。
文檔編號(hào)G01C25/00GK103175530SQ20131006818
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者周向陽, 張宏燕, 李建平, 房建成 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)