本發(fā)明涉及一種陀螺穩(wěn)定平臺漂移抑制方法。

背景技術(shù)：

應用于高速滾轉(zhuǎn)載體的陀螺穩(wěn)定平臺，主要隔離載體高速滾轉(zhuǎn)運動，在載體運動狀態(tài)下建立穩(wěn)定基準面，使安裝在平臺上的設(shè)備不會因載體高速運動而無法正常工作。其主要特征是采用慣性測量單元作為角運動敏感元件，不斷測量平臺姿態(tài)位置的變化，通過伺服作動機構(gòu)使平臺臺體與載體的滾轉(zhuǎn)運動相隔離，精確保持平臺臺體的姿態(tài)基準。陀螺穩(wěn)定平臺集慣性導航、數(shù)據(jù)采集及信號處理、精密機械動力學建模和仿真、電機運動控制等多項技術(shù)于一身，是以機電一體化和目標識別自動控制技術(shù)為主體，多個學科有機結(jié)合的產(chǎn)物，有廣泛的應用需求。例如：在滾轉(zhuǎn)彈的制導系統(tǒng)，陀螺穩(wěn)定平臺可以隔離掉彈體的滾轉(zhuǎn)速度，使得安裝在平臺的制導設(shè)備工作過程中，不受彈體滾轉(zhuǎn)運動的影響。

陀螺儀在載體高速滾轉(zhuǎn)運行過程中產(chǎn)生較大測量誤差，使陀螺穩(wěn)定平臺存在漂移現(xiàn)象。文獻《基于連續(xù)旋轉(zhuǎn)的陀螺穩(wěn)定平臺漂移動態(tài)標定新方法》提出通過標定陀螺儀進行減小或消除漂移誤差。文獻《一種陀螺穩(wěn)定平臺瞄準線漂移的慣性補償方法》提出通過地球自轉(zhuǎn)速率補償速度環(huán)，降低平臺漂移的影響。上述這兩種方法，主要通過提高陀螺儀的測量精度，降低平臺漂移。高速滾轉(zhuǎn)載體運行過程中，會使陀螺儀在測量原理上存在測量誤差，很難將陀螺儀測量得到的角速度提高到較高的精度。直接采用陀螺儀輸出積分進行角度閉環(huán)控制，會使平臺產(chǎn)生較大的漂移。因此，上述文獻給出的兩種陀螺穩(wěn)定平臺漂移抑制方法，很難直接應用到高速滾轉(zhuǎn)載體用陀螺穩(wěn)定平臺中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)無法滿足高速滾轉(zhuǎn)載體用陀螺穩(wěn)定平臺的工作特性，本發(fā)明提供一種用于高速滾轉(zhuǎn)載體的陀螺穩(wěn)定平臺漂移抑制方法，使得平臺臺體在高速滾轉(zhuǎn)載體運行過程中，保持姿態(tài)基準，并同時適用于各種滾轉(zhuǎn)載體的穩(wěn)定基準面問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：包括平臺臺體、驅(qū)動電機、編碼器和伺服驅(qū)動控制器，平臺臺體上安裝有被穩(wěn)定對象、陀螺儀和加速度計。伺服驅(qū)動控制器由CPU和逆變器組成。陀螺儀作為角運動信息傳感器，測量平臺臺體相對基準平面的角速度運動信息，給伺服驅(qū)動控制器提供控制反饋信息。編碼器測量伺服電機轉(zhuǎn)子相對定子的信息，為伺服驅(qū)動控制器的高精度跟蹤控制提供角度信息。加速度計用于測量平臺臺體的角度，為閉環(huán)控制提供角度反饋信息。伺服驅(qū)動控制器根據(jù)陀螺儀和加速度計傳送過來的角運動信息，采用位置、速度、電流的三環(huán)PID控制策略，實現(xiàn)對驅(qū)動電機的控制，抵消載體的滾轉(zhuǎn)運動。

三環(huán)PID控制策略中，內(nèi)環(huán)控制采用電流環(huán)，中間控制環(huán)節(jié)是速度環(huán)，外環(huán)控制是位置環(huán)。位置環(huán)的反饋為平臺臺體相對基準平面的角度，通過加速度計的輸出得到；位置環(huán)的給定為零。速度環(huán)依據(jù)位置環(huán)的輸出、陀螺儀測量的平臺臺體相對基準平面角速度，結(jié)合PID控制方法，輸出速度環(huán)的控制指令。電流環(huán)的給定為速度環(huán)的輸出；電流環(huán)的反饋為伺服電機的相電流。

本發(fā)明的有益效果是：采用加速度計輸出產(chǎn)生角度環(huán)控制用反饋信息，降低陀螺穩(wěn)定平臺的漂移，提高其穩(wěn)定性能。

附圖說明

圖1為所提高速滾轉(zhuǎn)載體陀螺穩(wěn)定平臺漂移抑制方法實現(xiàn)的組成框圖。

圖中，1—CPU，2—逆變器，3—永磁同步電機，4—平臺臺體，5—電流采樣，6—編碼器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

本發(fā)明裝置實施實例的結(jié)構(gòu)參照圖1，由CPU 1、逆變器2、驅(qū)動電機3、平臺臺體4、電流采樣5、編碼器6組成。

CPU 1采用TMS320F2812DSP芯片，時鐘頻率為150MHz。

逆變器2采用分立器件搭建。DSP的弱電和驅(qū)動電機的強電隔離，采用隔離芯片ADUM1401。開關(guān)器件選用功率MOSFET IRFR3412。柵極驅(qū)動芯片選用高速功率場效應管驅(qū)動芯片IR2103S。

驅(qū)動電機3選用永磁同步電機。電機額定參數(shù)為：額定電流2.1A、額定電壓27V、額定轉(zhuǎn)速1800rpm。

平臺臺體4采用鋁合金材料加工，厚度為3mm。安裝在平臺臺體上的陀螺儀采用L3G420D，加速度計采用ADXL345。

電流采樣5采用霍爾電流傳感器ACS712，實現(xiàn)永磁同步電機相電流的隔離采樣，為永磁同步電機控制提供電流信號。

編碼器6采用霍爾磁電編碼器作為位置檢測元件，為永磁同步電機的高精度控制提供角度信息。

永磁同步電機轉(zhuǎn)子，編碼器轉(zhuǎn)子及平臺臺體同軸聯(lián)結(jié)；而永磁同步電機定子，編碼器定子則與載體外殼相連。

平臺臺體的運動速度由陀螺儀L3G420D直接測量得到。平臺臺體的角度信息由加速度計ADXL345的輸出，結(jié)合重力加速度得到。所采用的三環(huán)PID控制策略中，電流環(huán)的控制周期為0.1ms；速度環(huán)的控制周期為1ms；角度環(huán)的控制周期為5ms。

CPU通過采集加速度計ADXL345的輸出，得到位置環(huán)的反饋。位置環(huán)的給定為零。CPU結(jié)合位置環(huán)的輸出和采集到的陀螺儀L3G420D得到，以及PID控制參數(shù)，得到速度環(huán)的輸出。電流環(huán)的輸入為速度環(huán)的輸出。永磁同步電機的控制方法采用直軸電流為零的矢量控制方法。通過霍爾磁電編碼器測量永磁同步電機轉(zhuǎn)子的位置信息；通過霍爾電流傳感器測量定子電流信號。結(jié)合空間矢量變換，得到反饋的交、直軸電流作為電流環(huán)的反饋。結(jié)合電流環(huán)PID控制器，發(fā)出控制指令?？刂浦噶罱?jīng)ADUM1401隔離后送入IR2103S，控制6個MOSFET IRFR3412的開通和關(guān)斷，驅(qū)動永磁同步電機運行，保持平臺臺體的高精度姿態(tài)穩(wěn)定。