舰船用平台式惯导系统测控技术研究

论文摘要

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环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

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 惯性技术发展概况
• 1.2.1 国外惯性技术发展概况
• 1.2.2 国内惯性技术发展概况
• 1.3 平台式惯导系统的基本原理和关键技术
• 1.3.1 平台式惯导系统的基本原理
• 1.3.2 平台式惯导系统的关键技术
• 1.4 平台式惯导系统主要测控技术的国内外发展现状
• 1.4.1 惯性元件温度控制的发展现状
• 1.4.2 稳定回路的发展现状
• 1.4.3 陀螺自补偿监控技术的发展现状
• 1.4.4 惯导系统水平阻尼技术的发展现状
• 1.5 本课题的目的意义及主要研究内容
• 第2章 陀螺温度控制与稳定回路控制研究
• 2.1 引言
• 2.2 陀螺温度控制的研究
• 2.2.1 陀螺热模型的建模
• 2.2.2 内模控制（IMC）原理
• 2.2.3 陀螺温控系统设计
• 2.3 稳定回路控制研究
• 2.3.1 力矩电机的数学模型
• 2.3.2 稳定回路的经典PID控制研究
• 2.3.3 稳定回路带速度反馈的PID控制研究
• 2.3.4 稳定回路的自抗扰控制研究
• 2.4 本章小结
• 第3章 陀螺壳体旋转监控技术的研究
• 3.1 引言
• 3.2 采用陀螺壳体旋转监控技术的陀螺漂移分析
• 3.2.1 建立陀螺仪的运动方程
• 3.2.2 几种典型干扰力矩造成的陀螺漂移分析
• 3.3 壳体旋转技术旋转角速度的选取研究
• 3.3.1 惯性力矩引起的陀螺漂移的推导
• 3.3.2 最佳旋转角速度ω的选取
• 3.4 基于陀螺随机漂移特性的陀螺壳体旋转监控技术的研究
• 3.4.1 三种常见随机干扰力矩相关函数的陀螺漂移方差
• 3.4.2 旋转角速度选取应注意问题的分析
• 3.5 陀螺壳体旋转监控技术的实现
• 3.5.1 实现结构
• 3.5.2 陀螺的施矩控制和稳定回路控制
• 3.6 本章小结
• 第4章 变阻尼系数水平阻尼网络惯性导航系统研究
• 4.1 引言
• 4.2 惯导系统水平阻尼的必要性
• 4.3 二阶水平阻尼网络的选取原则与方法
• 4.3.1 选取原则
• 4.3.2 二阶水平阻尼网络选取方法
• 4.3.3 二阶水平阻尼网络的仿真
• 4.3.4 系统状态切换的无扰动切换技术
• 4.4 惯导系统仿真
• 4.4.1 惯性导航系统的统一数学模型
• 4.4.2 惯导系统仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 惯导计算机控制系统的设计研究
• 5.1 引言
• 5.2 惯导计算机控制系统的硬件设计
• 5.2.1 惯导计算机控制系统的硬件构成
• 5.2.2 计算机组件、EL显示器、键盘和电源
• 5.2.3 信号采集控制板
• 5.2.4 加速度计力反馈回路
• 5.2.5 修正回路
• 5.3 惯导计算机控制系统的软件设计
• 5.3.1 惯导计算机控制系统软件开发环境及特点
• 5.3.2 对惯导计算机控制系统进行分类
• 5.3.3 惯导计算机控制系统软件的功能检验
• 5.4 本章小结
• 第6章 惯性导航系统的系统试验
• 6.1 引言
• 6.2 惯性导航系统的室内试验
• 6.3 惯性导航系统的系泊试验
• 6.4 惯性导航系统的航行试验
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士期间所发表的论文和获得的科研成果
• 致谢
• 个人简历