CN116048146B - 面向旋转光纤陀螺惯导的角速度平滑控制方法 - Google Patents

面向旋转光纤陀螺惯导的角速度平滑控制方法 Download PDF

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CN116048146B CN202310338277.4A CN202310338277A CN116048146B CN 116048146 B CN116048146 B CN 116048146B CN 202310338277 A CN202310338277 A CN 202310338277A CN 116048146 B CN116048146 B CN 116048146B
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Abstract

本发明属于光纤陀螺的技术领域，本发明为面向旋转光纤陀螺惯导的角速度平滑控制方法。针对调制过程，采用数字化控制，使用直线型角加速度算法或S型角加速度算法，在获取目标调制角速度
Figure ZY_1
后，如果目标调制角速度低于10°/s，按照直线型角加速度算法提前进行规划，按照控制周期给出较为平滑的指令角速度
Figure ZY_2
，如果目标调制角速度高于10°/s，按照S型角加速度算法提前进行规划，并按照控制周期给出较为平滑的指令角速度
Figure ZY_3
。

Description

面向旋转光纤陀螺惯导的角速度平滑控制方法
技术领域
本发明属于光纤陀螺的技术领域，尤其是涉及面向旋转光纤陀螺惯导的角速度平滑控制方法。
背景技术
旋转惯性导航***根据转轴的数目可以划分成单轴***、双轴***和三轴***等类型。每种类型的旋转惯导***又分别对应着多种与之匹配的转动调制方案，常见的有连续旋转和正反转方案，四次序、八次序、十六次序、二十次序、六十四次序等转停方案（刘毅.光纤惯组单轴旋转调制模式及对准方法研究[D]. 哈尔滨工业大学， 2015；周兆丰， 王新龙， 蔡远文. 双轴旋转调制最优转位次序的设计方案[J]. 航空兵器， 2020，27(1):8.[3]；Guan BF ， LiSH ， Fu QW . Research on Rotation Scheme ofHybrid InertialNavigation System with Three Rotating Axes[C]// 2020 27th SaintPetersburgInternational Conference on Integrated Navigation Systems (ICINS).2020.）。
上述的各调制方案都涉及到频繁的启停和换向操作，但启停和换向在电机控制中难度较大，容易产生超调、冲击和振荡等，相关过程的超调误差及角度误差对高精度导航***会产生负面影响。为了满足电机在启动、停止和反向过程中的平稳旋转和高精度转角运动等要求，部分学者开展了电机控制策略相关的研究。如缪玲娟等设计了基于参数自调整模糊－PI的闭环控制***，以提高***的鲁棒性和稳态精度（缪玲娟， 胡勇， 沈军. 参数自调整模糊-PI控制器在转位控制***中的应用[J]. 北京理工大学学报， 2013(3):5.）。赵敦慧等针对连续旋转式寻北仪转动过程可能的产生的干扰力矩工况，提出了模糊自适应PID控制方法（赵敦慧， 陈家斌， 韩勇强，等. 基于模糊自适应PID的连续旋转寻北仪转速控制[J]. 计算机仿真， 2011， 28(9):4.）。但是，算法未考虑其他旋转调制中的正反转、启停等情况。刘芳等针对旋转调制控制的正反转问题，提出了PID控制与开环控制相结合的电机控制方法，以提高电机正反转时的精度（刘芳， 王玮， 张仲毅. 用于旋转调制捷联惯导***的旋转控制方法[J]. 电机与控制学报， 2012， 16(11):5.）。但是，上述方法都仅考虑了电机伺服环节的控制，未考虑调制角速度以及隔离载体运动时指令输出的平滑性。
发明内容
本发明要解决的问题是提供面向旋转光纤陀螺惯导的角速度平滑控制方法，解决了无法调制角速度以及隔离载体运动时指令输出的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
本发明提供了面向旋转光纤陀螺惯导的角速度平滑控制方法，包括以下步骤：针对调制过程，采用数字化控制，使用直线型角加速度算法，在获取目标调制角速度
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后，按照直线型角加速度算法提前进行规划，并按照控制周期给出较为平滑的指令角速度/>
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本发明提供面向旋转光纤陀螺惯导的角速度平滑控制方法，包括以下步骤：
针对调制过程，采用数字化控制，使用S型角加速度算法，在获取目标调制角速度
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后，按照S型角加速度算法提前进行规划，并按照控制周期给出较为平滑的指令角速度
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本发明还提供一种光纤陀螺，包括前方所述的一种面向旋转光纤陀螺惯导的角速度平滑控制方法制作的光纤环圈。
本发明的有益效果如下：
1）针对调制过程，采用数字化控制，使用直线型角加速度算法，在获取目标调制角速度
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后，按照直线型角加速度算法提前进行规划，并按照控制周期给出较为平滑的指令角速度/>
Figure SMS_181
，直线型角加速度算法简单，计算量小，其响应速度快。
2）直线型角加速度算法适合用于目标调制角速度
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较小的场合，S型角加速度算法中加速度可连续变化，能够有效减小加速度突变引起的电机或者结构振动，有利于提高伺服***跟随精度，适合于目标调制角速度/>
Figure SMS_183
较大的情况。
3）在目标调制角速度
Figure SMS_184
低于10°/s时可采用直线型角加速度算法，提高计算效率和***响应速度，高于10°/s时可采用S型角加速度算法，提高***跟随性，保证高精度的控制。
4）叠加隔离载体运动的实时指令角速度二
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所产生的最大角加速度，不会超过加速段角加速度/>
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5）保证运动隔离载体角速度的叠加不产生无限大的角加速度，实现载体运动隔离下的实时指令角速度二
Figure SMS_189
平滑输出，保证旋转调制的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的现有技术的目标调制角速度与时间的关系。
图2为图1中目标调制角速度对应的角加速度。
图3为直线型角加速度的算法推导图。
图4为S型角加速度的算法推导图。
图5为图1采用直线型角加速度的算法后的实时指令角速度一和角加速度。
图6为图1采用S型角加速度的算法后的实时指令角速度一和角加速度。
图7为指令角速度一叠加载体角速度后的突变现象。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
下面结合说明书附图1-7描述本发明。
实施例1：面向旋转光纤陀螺惯导的角速度平滑控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
针对调制过程，采用数字化控制，使用直线型角加速度算法，在获取目标调制角速度
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现有的旋转调制一般采用转停结合的方式，如图1所示，即按照目标调制角速度
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旋转一段时间，然后停止一段时间，再按照目标调制角速度/>
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旋转一段时间，依次进行。如果直接给定图1所示的目标调制角速度/>
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的起始和末尾处产生的角加速度/>
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都是无限大的，这容易引起旋转轴的超调和振荡等现象（WangTY， Zhang YB， Dong JC， Ke RJ， Ding YY. NURBSinterpolator withadaptive smooth feedrate scheduling and minimal feedratefluctuation[J].International Journal of Precision Engineering andManufacturing， 2020， 21: 273-290.），影响旋转的调制效果。
本专利针对调制过程，采用数字化控制的思路，使用直线型角加速度算法，提高控制效果。直线型角加速度算法简单，计算量小，其响应速度快。图3为直线型角加速度的算法推导图。
实施例2：面向旋转光纤陀螺惯导的角速度平滑控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
针对调制过程，采用数字化控制，使用S型角加速度算法，在获取目标调制角速度
Figure SMS_206
后，按照S型角加速度算法提前进行规划，并按照控制周期给出较为平滑的指令角速度
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，S型角加速度算法的公式二为：
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表示第七阶段的末尾时刻。
图4为S型角加速度的算法推导图。直线型角加速度算法适合用于目标调制角速度
Figure SMS_235
较小的场合，S型角加速度算法中加速度可连续变化，能够有效减小加速度突变引起的电机或者结构振动，有利于提高伺服***跟随精度，适合于目标调制角速度/>
Figure SMS_236
较大的情况。
实施例3：面向旋转光纤陀螺惯导的角速度平滑控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
针对调制过程，采用数字化控制，使用直线型角加速度算法或S型角加速度算法，在获取目标调制角速度
Figure SMS_237
后，如果目标调制角速度低于10°/s，按照直线型角加速度算法提前进行规划，并按照控制周期给出较为平滑的指令角速度/>
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通过实验得出，在目标调制角速度
Figure SMS_276
低于10°/s时可采用直线型角加速度算法，提高计算效率和***响应速度，高于10°/s时可采用S型角加速度算法，提高***跟随性，保证高精度的控制。
根据上述算法，当目标调制角速度
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实际***运行中，旋转光纤陀螺惯导会安装在载体（如轮船、车辆）之上，如果载体本身是运动的，那么该运动可能对旋转调制的效果造成影响，为保证旋转调制效果，需要设计相应的隔离载体角速度的方案。光纤陀螺检测到的是陀螺本体坐标系p相对于惯性系i的角速度，其表示如下（CN105588562A一种旋转调制惯性导航***中隔离载体角速度的方法），公式三为：
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，产生无穷大的角加速度，便可能出现如图7点化线框中所示的无穷大加速度的运动突变，破坏速度规划。
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这样便可以保证运动隔离载体角速度的叠加不产生的无限大的角加速度，实现载体运动隔离下的实时指令角速度二
Figure SMS_440
平滑输出，保证旋转调制的稳定性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.面向旋转光纤陀螺惯导的角速度平滑控制方法，其特征在于，包括以下步骤：针对调制过程，采用数字化控制，使用直线型角加速度算法或S型角加速度算法，在获取目标调制角速度
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