导航原理之平台式惯导系统

Lecture6--BasictypesofINS1PlatformInertialNavigationSystem平台式惯导系统Lecture6--BasictypesofINS2Outline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Lecture6--BasictypesofINS3vehicleplatform1.0惯导系统的任务XAcc.YAcc.xaxaxVxSyayayVyS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.Lecture6--BasictypesofINS42.0*惯导系统的分类依据对导航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Lecture6--BasictypesofINS5Outline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Lecture6--BasictypesofINS63.1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Lecture6--BasictypesofINS73.2平台稳定回路M2M1outerringouterringaxisPXPYXAYAZGYGXG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M2M2驱动平台转回原来位置3MLecture6--BasictypesofINS83.3坐标变换器M2M1outerringouterringaxisPXPYXAYAZGYGXG3M当载体旋转M2M1PXPYXAYAZGYGXG?需增加坐标变换器实现切换Lecture6--BasictypesofINS93.4平台修正（跟踪）地理坐标系相对惯性空间的旋转RVNEcoseENRVsineEtgRV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)eRNEEVNVLecture6--BasictypesofINS103.5东向修正回路M2M1PXPYXAYAZGYGXG3MNBANVdtNV0NVtNBNNNdtAAVtV00)()(R1dt0)(ttNdttVRt00)(1)(RVNCE1CELecture6--BasictypesofINS113.6北向修正回路M2M1PXPYXAYAZGYGXG3MNBANVdtNV0NVR1dt0)(t1CEEBAEVdtEV0EVcos1Rdt0)(tcoseECNRVcoseR/1CNLecture6--BasictypesofINS123.7方位修正回路M2M1PXPYXAYAZGYGXG3MNBANVdtNV0NVR1dt0)(t1CEEBAEVdtEV0EVcos1Rdt0)(tsineECtgRVsineR/tanCLecture6--BasictypesofINS133.8*总结:修正回路工作过程加速度计输出有害加速度补偿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力矩电机平台转动M2M1PXPYXAYAZGYGXG3MNBANVdtNV0NVR1dt0)(t1CELecture6--BasictypesofINS14Outline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Lecture6--BasictypesofINS154.1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PXPZPXPZAB优点平台只需要稳定加速度计的输出中不含有害加速度Lecture6--BasictypesofINS164.2基于惯性系的导航:缺点缺点PXPZPXPZAB对于地球表面的导航：为了获取载体相对地球的位置和速度，需要进行变换重力加速度g相对平台的方向在不断改变，因此沿着三个加速度计敏感轴方向的g的分量也不断在变，必须实时计算.Lecture6--BasictypesofINS17当载体从A移动到B,4.3重力加速度的分量APXPZPXPZBxzggxg重力加速度g的分量hRxggxhRyggyhRRggzg的大小也和载体距地面的高度有关220)(hRRggLecture6--BasictypesofINS184.3重力加速度的分量320)(hRxRggx320)(hRyRggy330)(hRRggz则并假设hRRxggx0Ryggy0002gRzggzg的分量取决于载体的位置x,y和zLecture6--BasictypesofINS194.4测量和计算RxgxtfX0)(RygytfY0)(002)(gRzgztfZRxgtfxX0)(RygtfyY0)(002)(gRzgtfzZtXXdtxVtV00)(tYYdtyVtV00)(tZZdtzVtV00)(tXdttVxtx00)()(tYdttVyty00)()(tZdttVztz00)()(Lecture6--BasictypesofINS204.5方框图无修正回路M2M13MPXPYXAYAZGYGXG)(tax)(tayZA)(tazxRg0xyRg0y0gzzRg02dt0YVdt0XVXVYV0ZVZVdtdt0Xdt0Ydt0Z引入了g的分量的补偿Lecture6--BasictypesofINS21Outline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Lecture6--BasictypesofINS225.0框架系统:功能支撑平台隔离平台的转动和载体的转动测量载体相对惯性平台的姿态Lecture6--BasictypesofINS235.1框架:三环三环式框架系统:使用最普遍包含:内部台体内环外环限制:载体无法实现全姿态Lecture6--BasictypesofINS24俯仰轴方位轴滚动轴5.2框架:三环的闭锁三环系统的限制：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Lecture6--BasictypesofINS25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——闭锁必须适当选择三环平台的安装方式并限制载体的姿态范围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Lecture6--BasictypesofINS265.4框架:四环系统potentiometer2ndring3rdring4thring四环系统特点:引入了四环避免二环和三环之间共面原理：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Lecture6--BasictypesofINS275.4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.Lecture6--BasictypesofINS285.4框架:四环电机利用电位计的输出驱动四环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Lecture6--BasictypesofINS29Summary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Lecture6--BasictypesofINS30End