基于旋转调制技术的制导/导引头稳定一体化设计技术研究

admin · 发表于 2024-2-27 11:44:56

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为了实现小型、低成本的惯性导航系统和导引头稳定系统，提出了一体化设计思想；系统选用基于MEMS器件的旋转调制式捷联惯导系统作为综合信息源，并利用陀螺间接稳定技术实现导引头的稳瞄控制。本文首先分析比较了旋转调制式捷联惯导系统的实现方案，并在综合考虑精度、成本、体积、可靠性、使用需求等因素的基础上提出了单轴、连续、正反整周旋转这一技术方案；围绕这一方案，完成了原理样机的设计与实现，并重点分析研究了旋转系统的控制算法设计，提出了快速平滑换向控制策略，使系统在72°/s的旋转速率下的换向误差小于30"。分析研究了MEMS惯性器件的误差建模与补偿方法，提出了基于供电电压测量的惯性器件温度误差建模与补偿新方法；设计了基于旋转机构的加速度计刻度系数及交叉耦合误差、陀螺与G相关误差的快速精确标定与补偿算法。同时，分析研究了与旋转相关的新误差源的特点及对系统精度的影响，重点设计了陀螺敏感轴与电机旋转轴的不正交角、加速度计杆臂效应、惯性器件敏感轴与机体系的不正交角的标定算法。研究了惯导系统的原始信号预处理、初始对准、捷联解算及组合导航算法；为了验证系统精度，进行了静基座和车载实验；结果表明，通过旋转调制及误差补偿，MEMS惯性器件的输出精度提高了一个量级以上，使用50°/h的MEMS陀螺，可实现优于5°/h的航姿保持精度，且系统在30s内的定位误差小于5m，可满足短程制导武器的使用需求，使MEMS惯性器件在制导系统中的应用成为可能。其次，本文深入研究了导引头间接稳定技术，从间接稳定系统的运动学和动力学模型出发，推导了视轴稳定误差模型，提出了相应的误差补偿方法，重点设计了陀螺漂移抑制算法、测速发电机/光电码盘组合测速算法、IMU及导引头安装误差角标定方法；同时分析了导引头控制回路的稳定条件，设计了角度无静差控制算法及干扰力矩前置补偿算法。利用所设计的误差补偿及控制算法，可使间接稳定系统的视轴稳定精度与直接稳定系统相当。本文最后完成了制导/导引头稳定一体化设计技术原理验证系统的设计，并进行了静基座及摇摆测试实验，实验结果论证了一体化设计方案的可行性，检验了本文所研制的捷联惯导系统的性能，同时也论证了陀螺间接稳定系统误差补偿算法和控制方法的可行性。本论文的研究成果为基于MEMS器件的制导/导引头稳定一体化系统的工程实现及应用奠定了坚实的理论和实践基础。

基于旋转调制技术的制导/导引头稳定一体化设计技术研究

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