專利名稱：對平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)速率通道的改進(jìn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)慣性平臺控制回路技術(shù)，涉及對平臺式慣性導(dǎo)航 系統(tǒng)速率通道的改進(jìn)方法。
背景技術(shù)：
對于四環(huán)三軸平臺來說，當(dāng)飛機做“翻筋斗”的機動飛行時，為了保證慣性穩(wěn)定平 臺實現(xiàn)外橫滾環(huán)的正常翻滾，同時也確保使平臺能夠正確地作為飛機航向、姿態(tài)的參考基 準(zhǔn)，我們所采用的方案就是在外橫滾環(huán)伺服回路中加入速率通道。原速率通道設(shè)計中存在 兩個問題1、速率通道的開啟控制部分在未開啟之前有漏信號，造成飛機做極限飛行時，出 現(xiàn)穩(wěn)定回路故障；2、扶穩(wěn)轉(zhuǎn)換開關(guān)在扶正狀態(tài)時，不能將穩(wěn)入信號完全接地短路，造成橫滾在大角 度時慣導(dǎo)系統(tǒng)一上電，出現(xiàn)穩(wěn)定回路故障。導(dǎo)致平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在部隊使用時故障率比較高，這給部隊的正常訓(xùn)練和飛 行安全都帶來很大的問題，甚至影響到國家領(lǐng)空的安全。因此，急需對速率通道進(jìn)行設(shè)計上 的改進(jìn)和完善，以滿足慣性導(dǎo)航系統(tǒng)正常的工作。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)速率通道設(shè)計存在的兩個問題進(jìn)行改 進(jìn)，解決飛機做極限機動飛行和橫滾在大角度時慣導(dǎo)一上電工作異常的問題，繼而提高慣 性導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的故障率，提升我軍的戰(zhàn)斗力，提出一種對平臺式慣性導(dǎo)航 系統(tǒng)速率通道的改進(jìn)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是速率通道包括交放解調(diào)濾波、俯仰旋變控制的開啟控制、第一級直流放大器、扶正 /穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)、第二級直流放大器，突變的內(nèi)環(huán)旋變信號經(jīng)過交放解調(diào)濾波輸入給俯仰旋 變控制的開啟控制中的場效應(yīng)管的輸入端，俯仰旋變控制的開啟控制中的場效應(yīng)管的控制 端接電阻，電阻的阻值為IkQ到7kQ，俯仰旋變控制的開啟控制的控制角度為80° 士2°， 俯仰旋變控制的開啟控制中的場效應(yīng)管的輸出端接到第一級直流放大器，第一級直流放大 器的輸出經(jīng)扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)中的場效應(yīng)管的輸入端再接到第二級直流放大器的輸入 端，扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)中的場效應(yīng)管的控制端接二級管的正極，扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)中的 場效應(yīng)管的輸出端接二級管的負(fù)極并接地，扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)中的場效應(yīng)管的控制端與 扶穩(wěn)轉(zhuǎn)換控制信號相接，扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)中的場效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻小于等于20 Ω。本發(fā)明的優(yōu)點是通過裝備使用中暴露的問題，找出原設(shè)計中存在的缺陷，并通過 最少的改動，解決了飛機極限機動飛行和橫滾在大角度時慣導(dǎo)一上電工作異常的問題，提 高了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)邊界使用時的可靠性和穩(wěn)定性，降低了系統(tǒng)的故障率，減少了核心元器 件的損壞率，節(jié)約了系統(tǒng)的維修成本。
圖1為本發(fā)明的原理框圖；圖2為場效應(yīng)管的特性圖；圖3為本發(fā)明扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)的示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)速率通道，基于一個輸入信號源內(nèi)滾旋變信號經(jīng)過一個由交 流放大、參考解調(diào)和濾波器組成的交放解調(diào)濾波1、由俯仰旋變控制開啟控制2、第一級直 流放大器3、控制扶正狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)的扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)4、第二級直流放大器5、最后 再經(jīng)過功率放大器進(jìn)一步放大后直接輸入給平臺的執(zhí)行機構(gòu)力矩電機。它的特征在于俯 仰旋變控制的開啟控制2在速率通道未開啟前有較大漏信號，扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)4在扶 正階段不能完全將速率通道斷開的問題直接影響著速率通道的正常工作。突變的內(nèi)環(huán)旋 變信號經(jīng)過交放解調(diào)濾波1輸入給俯仰旋變控制的開啟控制2中的場效應(yīng)管的輸入端，俯 仰旋變控制的開啟控制2中的場效應(yīng)管N2的控制端接電阻R1，電阻Rl的阻值為6kQ到 7k Ω，俯仰旋變控制的開啟控制2的控制角度為80° 士2°，俯仰旋變控制的開啟控制2中 的場效應(yīng)管Ν2的輸出端接到第一級直流放大器3，第一級直流放大器3的輸出經(jīng)扶正/穩(wěn) 定轉(zhuǎn)換開關(guān)4中的場效應(yīng)管m的輸入端再接到第二級直流放大器5的輸入端，扶正/穩(wěn)定 轉(zhuǎn)換開關(guān)4中的場效應(yīng)管m的控制端接二級管的正極，扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)4中的場效應(yīng) 管m的輸出端接二級管的負(fù)極并接地，扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)4中的場效應(yīng)管m的控制端 與扶穩(wěn)轉(zhuǎn)換控制信號相接，扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)4中的場效應(yīng)管m的導(dǎo)通電阻小于等于 20 Ω。1、俯仰旋變控制的開啟控制21.1、工作原理速率通道開啟點在電子線路中通過場效應(yīng)管實現(xiàn)，并通過俯仰角的大小來控制速 率通道的開啟。該場效應(yīng)管特性見圖2所示，其中Vp = -7V ；Vk = -1. 4V0由該場效應(yīng)管特性可見，在Vk處，Id變化最劇烈，即等效電阻變化劇烈，由截止變 為導(dǎo)通。利用此特性，選擇該點為速率通道開啟點的工作點。1.2、存在的問題在實際生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)多套系統(tǒng)在做極限三軸翻滾試驗時，系統(tǒng)報穩(wěn)定回路故障，平 臺翻臺子。經(jīng)試驗分析，在內(nèi)外環(huán)有相對角變化，即外環(huán)不能良好跟蹤內(nèi)環(huán)時，穩(wěn)定回路不 受俯仰角控制，外環(huán)的速率通道開啟，使外環(huán)飽和，撞擊內(nèi)環(huán)，從而使平臺歪斜報穩(wěn)定回路 故障。在外環(huán)有大信號輸入時速率通道有漏信號現(xiàn)象，屬設(shè)計缺陷問題。1.3、改進(jìn)設(shè)計1.3.1、理論分析從圖2中可以看出當(dāng)俯仰角小于開啟點時，速率通道并不能完全斷路，仍然存在一定電阻，若速率通道輸入信號變化較大時，仍然會導(dǎo)致速率通道有輸出，可能造成不利影 響。如果速率通道開啟點過小，此時速率通道輸出并未截止，其力矩疊加在主通道上 影響外橫滾電機輸出力矩，甚至引起框架控制振蕩，導(dǎo)致翻滾過程不平穩(wěn)，外環(huán)角度變化較 大，超過內(nèi)滾框限動角就會導(dǎo)致框架碰檔引起平臺失穩(wěn)或章動。因此，從抑制干擾及平穩(wěn)翻滾的角度出發(fā)，在保證足夠速率通道開啟范圍前提下， 應(yīng)盡量選擇大速率通道開啟點。1.3. 2、改進(jìn)措施及效果經(jīng)過仿真計算和多套系統(tǒng)的試驗驗證，調(diào)整俯仰旋變控制的開啟控制2中的電阻 R1，將速率通道的開啟點由原來的70°調(diào)整到80°左右，可以改善速率通道漏信號問題。 解決因內(nèi)外環(huán)有相對角變化，即在外環(huán)軸承有“死點”或?qū)щ姯h(huán)、電機瞬間接觸不良等外環(huán) 不能良好跟蹤內(nèi)環(huán)的情況下，速率通道漏信號造成外環(huán)飽和，撞擊內(nèi)環(huán)的問題，減少了系統(tǒng) 報故障的頻率，徹底解決系統(tǒng)極限機動報故障問題。2、扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)42.1、工作原理如圖3所示，在扶正過程中，速率通道的扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)4應(yīng)將速率通道第一 級直流輸出信號接地，使速率通道在扶正狀態(tài)下輸出為零。在系統(tǒng)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，速率通道的扶 正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)4與地斷開，使速率通道處于接通狀態(tài)。2. 2、存在的問題平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)開全機工作時，系統(tǒng)工作流程的第一步就是扶正內(nèi)外橫滾環(huán)架， 此時平臺若在橫滾大角度初始位置下，就會使平臺扶正不到位并翻臺子，但系統(tǒng)不會報故 障，繼續(xù)下面的流程。這樣就會造成陀螺和加計碰檔，打傷甚至打壞，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，降 低慣導(dǎo)系統(tǒng)的可靠性和性能的急劇下降。慣導(dǎo)系統(tǒng)運輸后或在飛機上出現(xiàn)過慣導(dǎo)故障切全機等多種情況下，都可能出現(xiàn)橫 滾處于大角度初始位置的情況，如果在該位置開慣導(dǎo)系統(tǒng)，就會出現(xiàn)上面所描述的故障模 式。在實際使用中多次發(fā)生過上面所描述的故障，多次打傷甚至打壞陀螺和加計，造 成了巨大的損失。2. 3、改進(jìn)設(shè)計2. 3.1、理論分析當(dāng)橫滾在大角度情況下扶正時，在內(nèi)、外橫滾同時扶正時，內(nèi)滾環(huán)由初始位置拉回 零位的過程中，內(nèi)滾環(huán)位置變化很大，從而導(dǎo)致內(nèi)滾旋變sinH(即外滾穩(wěn)定和速率通道的 輸入)有很大的可變輸出，外環(huán)速率通道將該信號解調(diào)、濾波并微分后，進(jìn)入速率通道的直 流放大級。速率通道第一級直流放大級的增益由俯仰角來控制，隨著俯仰角的增大而增大。 在第一級直流放大器與第二級之間由扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)4中的場效應(yīng)管m來控制。扶 正狀態(tài)正常工作時，外滾速率通道扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)4中的場效應(yīng)管m將第一級直流輸 出信號接地，使速率通道輸出為零。若速率通道場效應(yīng)管m并不能完全將前級信號對地短 路，則速率通道便有輸出，從而導(dǎo)致外環(huán)扶正不正常。從上面分析得知，在扶正過程中，速率通道的輸出是造成外橫滾環(huán)在大角度情況下扶正翻平臺的直接原因，速率通道輸出值的大小直接與外環(huán)的初始位置及俯仰角的大小有關(guān)。2. 3. 2、改進(jìn)措施及效果從工作原理可以得知，在扶正過程中，速率通道的扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)4應(yīng)將速率 通道第一級直流輸出信號接地，使速率通道在扶正狀態(tài)下輸出為零，但在實際測試中發(fā)現(xiàn) 速率通道有較大輸出，經(jīng)過分析和反復(fù)驗證，發(fā)現(xiàn)速率通道扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)4中場效應(yīng) 管的導(dǎo)通電阻為120Ω 170Ω，所以事實上并不能完全將信號衰減到零，又由于第二級直 流放大器的增益在扶正狀態(tài)下為50倍，經(jīng)該放大器放大后速率通道就有很大的輸出，從而 引起外環(huán)扶正故障。因此，在扶正狀態(tài)下減小速率通道的輸出就是要降低扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)4中場 效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻，經(jīng)過考察和反復(fù)驗證試驗，選用導(dǎo)通電阻小于等于20 Ω的場效應(yīng)管 后，扶正狀態(tài)下速率通道的輸出大大減小，不足以引起外環(huán)扶正故障。實施例一三軸翻滾實驗的最大角速率為飛機的機動極限，方位180° /S、橫滾400° /S、 俯仰40° /S，俯仰旋變控制的開啟控制中的場效應(yīng)管的控制端所接電阻的阻值為6kQ， 俯仰旋變控制的開啟控制的控制角度為80°，扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)中的場效應(yīng)管選用 3DJ3C (上海雙嶺)，導(dǎo)通阻值為20 Ω，慣導(dǎo)系統(tǒng)在橫滾角度處于任何角度時開機工作正常， 做三軸翻滾實驗工作正常。實施例二三軸翻滾實驗的最大角速率為飛機的機動極限，方位180° /S、橫滾400° /S、 俯仰40° /S，俯仰旋變控制的開啟控制中的場效應(yīng)管的控制端所接電阻的阻值為7kQ， 俯仰旋變控制的開啟控制的控制角度為82°，扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)中的場效應(yīng)管選用 3DJ3C (上海雙嶺)，導(dǎo)通阻值為16 Ω，慣導(dǎo)系統(tǒng)在橫滾角度處于任何角度時開機工作正常， 做三軸翻滾實驗工作正常。
權(quán)利要求
一種對平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)速率通道的改進(jìn)方法，速率通道包括交放解調(diào)濾波[1]、俯仰旋變控制的開啟控制[2]、第一級直流放大器[3]、扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)[4]、第二級直流放大器[5]，其特征在于突變的內(nèi)環(huán)旋變信號經(jīng)過交放解調(diào)濾波[1]輸入給俯仰旋變控制的開啟控制[2]中的場效應(yīng)管的輸入端，俯仰旋變控制的開啟控制[2]中的場效應(yīng)管[N2]的控制端接電阻[R1]，電阻[R1]的阻值為6kΩ到7kΩ，俯仰旋變控制的開啟控制[2]的控制角度為80°±2°，俯仰旋變控制的開啟控制[2]中的場效應(yīng)管[N2]的輸出端接到第一級直流放大器[3]，第一級直流放大器[3]的輸出經(jīng)扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)[4]中的場效應(yīng)管[N1]的輸入端再接到第二級直流放大器[5]的輸入端，扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)[4]中的場效應(yīng)管[N1]的控制端接二級管的正極，扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)[4]中的場效應(yīng)管[N1]的輸出端接二級管的負(fù)極并接地，扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)[4]中的場效應(yīng)管[N1]的控制端與扶穩(wěn)轉(zhuǎn)換控制信號相接，扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)[4]中的場效應(yīng)管[N1]的導(dǎo)通電阻小于等于20Ω。
全文摘要
本發(fā)明屬于平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)慣性平臺控制回路技術(shù)，涉及對平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)速率通道的改進(jìn)方法。速率通道包括交放解調(diào)濾波、俯仰旋變控制的開啟控制、第一級直流放大器、扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)、第二級直流放大器，俯仰旋變控制的開啟控制的控制角度為80°±2°，扶正/穩(wěn)定轉(zhuǎn)換開關(guān)中的場效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻小于等于20Ω。本發(fā)明通過最少的改動，解決了設(shè)計缺陷，解決飛機做極限機動飛行和橫滾在大角度時慣導(dǎo)一上電工作異常的問題，提高了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，降低了系統(tǒng)的故障率，減少了核心元器件的損壞率，節(jié)約了系統(tǒng)的維修成本。
文檔編號G01C21/18GK101936738SQ20101026003
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者屈紅星, 張宏剛, 張朝霞, 高瑞冰 申請人:中國航空工業(yè)第六一八研究所