基于maplesim的擺式積分陀螺加速度計的建模方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于MAPLESIM的擺式積分陀螺加速度計的建模方法。方法如下：從搭建好的MAPLESIM的元件庫中依次選擇所需元件，并對其屬性進(jìn)行設(shè)置；根據(jù)所要建模型的特征物理參數(shù)建立模型的參數(shù)表；連接元件，組建擺式積分陀螺加速度計模型；按照伺服回路設(shè)計方法設(shè)計伺服回路，并通過所建的PIGA模型對伺服回路中的參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，通過探針及3-D動畫綜合考察所建模型的性能以取得滿意的性能；對調(diào)試完成的PIGA模型進(jìn)行測試試驗(yàn)，提取模型的輸出數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，完成所建PIGA模型標(biāo)定。本建模方法能夠建立穩(wěn)態(tài)精度高、響應(yīng)速度快的PIGA模型；并可以形象直觀地觀察模型的仿真運(yùn)行情況。
【專利說明】基于MAPLES IΜ的擺式積分陀螺加速度計的建模方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于MAPLESIM的擺式積分陀螺加速度計的建模方法。

【背景技術(shù)】
[0002] PIGA (Pendulous Integrat ing Gyro Accelerometer)即擺式積分陀螺加速度計 是慣性器件的一種，具有精度高、測量范圍大、可自動積分等優(yōu)異性能，其精度直接決定導(dǎo) 航精度，在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中起到越來越重要的作用。PIGA精度的提高可從兩方面發(fā)展：一 方面不斷改進(jìn)和提高儀表設(shè)計及工藝技術(shù)，研制出高精度高穩(wěn)定性的PIGA ;另一方面是對 儀表進(jìn)行誤差建模和測試方法的研究，提高標(biāo)定精度，并采用相應(yīng)的方法加以補(bǔ)償和修正。 高精度PIGA的建模方法不僅可以快速發(fā)現(xiàn)、分析并解決PIGA設(shè)計中的問題，提高PIGA儀 表設(shè)計效率和質(zhì)量；而且通過與測試設(shè)備模型的結(jié)合，對PIGA誤差模型及測試方法的研究 與發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。
[0003] 目前，PIGA的建模方法是基于MATLAB/SMULINK的，首先對PIGA數(shù)學(xué)模型進(jìn)行 線性化處理與轉(zhuǎn)化，然后再通過SMULINK模塊以方框圖的形式進(jìn)行建模，模型復(fù)雜而不清 晰；此外，由于PIGA本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，存在支撐結(jié)構(gòu)、內(nèi)外框架間的相互作用及坐標(biāo)轉(zhuǎn) 換、伺服回路的實(shí)現(xiàn)等問題，僅僅通過對數(shù)學(xué)模型簡化處理無法完整描述其特性。因此，基 于MATLAB/SMULINK的PIGA建模方法存在建模過程復(fù)雜、模型精度差、動態(tài)描述不直觀等 問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于MAPLESIM的擺式積分陀螺加速度計的建模方 法，建立穩(wěn)態(tài)精度高、響應(yīng)速度快、使用方便的PIGA模型，進(jìn)而為PIGA的設(shè)計及測試方法研 究提供高質(zhì)量的仿真模型和有價值的指導(dǎo)。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)如下：一種基于MAPLESIM的擺式積分陀螺加速度計的建模 方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟一：從搭建好的MAPLESIM的元件庫中依次選擇所需元件，并對其屬性進(jìn)行設(shè) 置；
[0007] 步驟二：根據(jù)所要建模型的特征物理參數(shù)建立模型的參數(shù)表；
[0008] 步驟三：連接元件，組建擺式積分陀螺加速度計模型，該模型包括支架子系統(tǒng)、夕卜 環(huán)子系統(tǒng)、內(nèi)環(huán)子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子子系統(tǒng)，它們依次相鄰并通過法蘭元件連接，組成了擺式積分 陀螺加速度計的基本結(jié)構(gòu)；
[0009] 步驟四：按照伺服回路設(shè)計方法依次設(shè)計外閉環(huán)回路和內(nèi)閉環(huán)回路，并通過所建 的擺式積分陀螺加速度計模型對伺服回路中的參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，通過探針及3-D動畫綜合考 察所建模型的性能以取得滿意的性能；
[0010] 步驟五：對調(diào)試完成的擺式積分陀螺加速度計模型進(jìn)行測試試驗(yàn)，提取模型的輸 出數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，完成所建擺式積分陀螺加速度計模型標(biāo)定。 toon] 本發(fā)明還具有如下技術(shù)特征：
[0012] 1.如上所述步驟三中外閉環(huán)回路設(shè)計采用超前校正控制器，其傳遞函數(shù)如式（1)

【權(quán)利要求】
1. 一種基于MAPLESIM的擺式積分陀螺加速度計的建模方法，其特征是，包括以下步 驟： 步驟一：從搭建好的MAPLESIM的元件庫中依次選擇所需元件，并對其屬性進(jìn)行設(shè)置； 步驟二：根據(jù)所要建模型的特征物理參數(shù)建立模型的參數(shù)表； 步驟三：連接元件，組建擺式積分陀螺加速度計模型，該模型包括支架子系統(tǒng)、外環(huán)子 系統(tǒng)、內(nèi)環(huán)子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子子系統(tǒng)，它們依次相鄰并通過法蘭元件連接，組成了擺式積分陀螺 加速度計的基本結(jié)構(gòu)； 步驟四：按照伺服回路設(shè)計方法依次設(shè)計外閉環(huán)回路和內(nèi)閉環(huán)回路，并通過所建的擺 式積分陀螺加速度計模型對伺服回路中的參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，通過探針及3-D動畫綜合考察所 建模型的性能以取得滿意的性能； 步驟五：對調(diào)試完成的擺式積分陀螺加速度計模型進(jìn)行測試試驗(yàn)，提取模型的輸出數(shù) 據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，完成所建擺式積分陀螺加速度計模型標(biāo)定。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于MAPLESIM的擺式積分陀螺加速度計的建模方法，其特 征是，所述步驟三中外閉環(huán)回路設(shè)計采用超前校正控制器，其傳遞函數(shù)如式（1)所示：
(1) 上式中： G(s)_傳遞函數(shù)，零初始條件下線性系統(tǒng)輸出量的拉普拉斯變換與輸入量的拉普拉斯 變換之比。 τ -是時間常數(shù)， s-是復(fù)頻域拉普拉斯變換因子， 因 ct > 1確保傳遞函數(shù)實(shí)現(xiàn)超前-滯后校正。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于MAPLESIM的擺式積分陀螺加速度計的建模方法，其特 征是，所述步驟四中內(nèi)閉環(huán)回路設(shè)計采用PID控制器，其傳遞函數(shù)如式（2)所示： (2) 上式中
K-PID校正控制器的比例系數(shù)， Ti-PID校正控制器的積分時間常數(shù)， Td_PID校正控制器的微分時間常數(shù)， s-是復(fù)頻域拉普拉斯變換因子， u-PID校正控制器的輸入變量， y-PID校正控制器的輸出變量。
【文檔編號】G06F19/00GK104156596SQ201410392822
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月5日
【發(fā)明者】于志偉, 李力永, 曾鳴, 劉雨, 劉澤興, 蘇寶庫 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)