惯性技术课件6 -平台式惯导(哈工大版,1-16全)

PlatformInertialNavigationSystem平台式惯导系统1Lecture6--BasictypesofINSOutline惯导系统的分类基于当地地理坐标系的INS--稳定与修正基于惯性坐标系的INS–重力补偿框架系统2Lecture6--BasictypesofINSvehicleplatform1.0惯导系统的任务XAcc.YAcc.导航过程中,平台必须模拟坐标系XY,这是借助于陀螺仪实现的.所有惯导系统都需要解决的两个问题：利用陀螺仪建立信号测量基准.对加速度计的输出进行积分，获取速度和位置.3Lecture6--BasictypesofINS2.0*惯导系统的分类依据对导航参考坐标系的选取和实现方式INS平台式捷联式选取惯性坐标系为导航坐标系选取地球坐标系为导航坐标系选取地理坐标系为导航坐标系自由或游动方位的水平坐标系同上力学编排4Lecture6--BasictypesofINSOutline惯导系统的分类基于当地地理坐标系的INS--稳定与修正基于惯性坐标系的INS–重力补偿框架系统5Lecture6--BasictypesofINS3.1惯性平台–立体示意图电机外环传感内环电机台体轴电机传感放大、校正台体6Lecture6--BasictypesofINSM2M13.2平台稳定回路当惯导平台跟踪当地地理坐标系时需要有稳定回路和修正回路

稳定回路的机制：当平台绕外框架轴旋转(由于干扰影响)陀螺仪Gy进动并有输出

Gy的输出被送到电机M2M2产生恢复力矩平台绕相反方向旋转，直到回到原来位置7Lecture6--BasictypesofINS3.3坐标变换器当载体绕着平台的方位轴相对惯性空间旋转90度如果陀螺Gy的输出仍被送到M2……将会产生错误的控制需要增加坐标变换器M2M18Lecture6--BasictypesofINS3.4平台修正地理坐标系相对惯性空间的旋转为了使平台跟踪地理坐标系，应使其以同样角速度相对惯性空间旋转。控制电流施加到陀螺仪上,使它们产生相应的进动。陀螺仪的进动通过电机被传递给平台,使得平台跟踪地理坐标系(平台的修正)9Lecture6--BasictypesofINSM2M13.5北向修正回路10Lecture6--BasictypesofINSM2M13.6东向修正回路11Lecture6--BasictypesofINSM2M13.6东向修正回路12Lecture6--BasictypesofINSM2M13.6东向修正回路13Lecture6--BasictypesofINSM2M13.7方位修正回路14Lecture6--BasictypesofINS3.8*总结:修正回路工作过程M2M1加速度计输出有害加速度补偿

第一次积分计算地理坐标系相对惯性空间的旋转角速度陀螺力矩器陀螺进动放大器力矩电机平台转动15Lecture6--BasictypesofINSOutline惯导系统的分类基于当地地理坐标系的INS--稳定与修正基于惯性坐标系的INS–重力补偿框架系统16Lecture6--BasictypesofINS4.1基于惯性系的导航选取惯性坐标系为导航坐标系：平台相对惯性空间稳定好处:平台只需要稳定回路加速度计的输出中没有苛氏加速度和向心加速度17Lecture6--BasictypesofINS4.2基于惯性系的导航:缺点为了获取载体相对地球的位置和速度，需要进行变换导航过程中，重力加速度g

相对平台的方向在不断改变由于沿着三个加速度计敏感轴方向的g

的分量不断在变，对它们必须进行实时的计算.缺点:18Lecture6--BasictypesofINS4.3重力加速度的分量重力加速度g的方向依赖于载体的位移x,y和z

当载体从A移动到B,

重力加速度g的分量g的大小也和载体距地面的高度有关19Lecture6--BasictypesofINS考虑载体高度h对g的影响，令4.3重力加速度的分量假设h<<Rg的分量取决于载体的位置x,y和z

20Lecture6--BasictypesofINS4.4测量和计算21Lecture6--BasictypesofINS4.5方框图无修正回路M2M1引入了g的分量的补偿22Lecture6--BasictypesofINSOutline惯导系统的分类基于当地地理坐标系的INS--稳定与修正基于惯性坐标系的INS–重力补偿框架系统23Lecture6--BasictypesofINS坐标变换器电机5.0平台:隔离和跟踪物理式平台：平台的转动和载体的转动通过框架系统隔离平台上加速度计的敏感轴需和导航坐标系的各轴分别重合平台借助于稳定回路和修正回路来模拟导航坐标系24Lecture6--BasictypesofINS坐标变换器电机5.1框架:三环框架系统:三环系统最普遍三环组成:内部台体,内框架,外框架三环系统的局限：无法实现全姿态25Lecture6--BasictypesofINS俯仰轴方位轴滚动轴5.2框架:三环的闭锁三环系统应用举例：外框架轴//载体的俯仰轴载体可绕方位轴和俯仰轴任意转动载体绕滚动轴的转动只能限于±90º度之间26Lecture6--BasictypesofINS俯仰轴方位轴滚动轴5.3*框架:三环的闭锁当滚动角为90度,框架系统无法再隔离载体绕其俯仰轴的转动——闭锁三环系统必须选择适当的安装方式以避免闭锁现象四环系统---通常只要载体的滚动角超过70度就需要采用四环27Lecture6--BasictypesofINS5.4框架:四环potentiometer2ndring3rdring4thring四环系统特点:第三个环的转动被限制在±20度范围引入四环是为了保证二环和三环之间垂直原理：A:当载体水平飞行时,二环垂直于三环这时四环和三环在同一个平面内载体可以绕任何轴任意旋转28Lecture6--BasictypesofINS5.4框架:四环当载体绕滚动轴旋转由于稳定回路，平台仍保持在水平位置.四环和三环则可能因为载体的旋转也产生旋转B:这时二环和三环之间不再相互垂直.电位计将产生输出.29Lecture6--BasictypesofINS5.4框架:四环电机利用电位计的输出去东四环C:四环带动三环旋转，直到电位计的输出为零这样，二环和三环重新保持相互垂直.闭锁现象得以避免