本發明涉及一種陀螺穩定平臺漂移抑制方法。

背景技術：

應用于高速滾轉載體的陀螺穩定平臺，主要隔離載體高速滾轉運動，在載體運動狀態下建立穩定基準面，使安裝在平臺上的設備不會因載體高速運動而無法正常工作。其主要特征是采用慣性測量單元作為角運動敏感元件，不斷測量平臺姿態位置的變化，通過伺服作動機構使平臺臺體與載體的滾轉運動相隔離，精確保持平臺臺體的姿態基準。陀螺穩定平臺集慣性導航、數據采集及信號處理、精密機械動力學建模和仿真、電機運動控制等多項技術于一身，是以機電一體化和目標識別自動控制技術為主體，多個學科有機結合的產物，有廣泛的應用需求。例如：在滾轉彈的制導系統，陀螺穩定平臺可以隔離掉彈體的滾轉速度，使得安裝在平臺的制導設備工作過程中，不受彈體滾轉運動的影響。

陀螺儀在載體高速滾轉運行過程中產生較大測量誤差，使陀螺穩定平臺存在漂移現象。文獻《基于連續旋轉的陀螺穩定平臺漂移動態標定新方法》提出通過標定陀螺儀進行減小或消除漂移誤差。文獻《一種陀螺穩定平臺瞄準線漂移的慣性補償方法》提出通過地球自轉速率補償速度環，降低平臺漂移的影響。上述這兩種方法，主要通過提高陀螺儀的測量精度，降低平臺漂移。高速滾轉載體運行過程中，會使陀螺儀在測量原理上存在測量誤差，很難將陀螺儀測量得到的角速度提高到較高的精度。直接采用陀螺儀輸出積分進行角度閉環控制，會使平臺產生較大的漂移。因此，上述文獻給出的兩種陀螺穩定平臺漂移抑制方法，很難直接應用到高速滾轉載體用陀螺穩定平臺中。

技術實現要素：

為了克服現有技術無法滿足高速滾轉載體用陀螺穩定平臺的工作特性，本發明提供一種用于高速滾轉載體的陀螺穩定平臺漂移抑制方法，使得平臺臺體在高速滾轉載體運行過程中，保持姿態基準，并同時適用于各種滾轉載體的穩定基準面問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：包括平臺臺體、驅動電機、編碼器和伺服驅動控制器，平臺臺體上安裝有被穩定對象、陀螺儀和加速度計。伺服驅動控制器由CPU和逆變器組成。陀螺儀作為角運動信息傳感器，測量平臺臺體相對基準平面的角速度運動信息，給伺服驅動控制器提供控制反饋信息。編碼器測量伺服電機轉子相對定子的信息，為伺服驅動控制器的高精度跟蹤控制提供角度信息。加速度計用于測量平臺臺體的角度，為閉環控制提供角度反饋信息。伺服驅動控制器根據陀螺儀和加速度計傳送過來的角運動信息，采用位置、速度、電流的三環PID控制策略，實現對驅動電機的控制，抵消載體的滾轉運動。

三環PID控制策略中，內環控制采用電流環，中間控制環節是速度環，外環控制是位置環。位置環的反饋為平臺臺體相對基準平面的角度，通過加速度計的輸出得到；位置環的給定為零。速度環依據位置環的輸出、陀螺儀測量的平臺臺體相對基準平面角速度，結合PID控制方法，輸出速度環的控制指令。電流環的給定為速度環的輸出；電流環的反饋為伺服電機的相電流。

本發明的有益效果是：采用加速度計輸出產生角度環控制用反饋信息，降低陀螺穩定平臺的漂移，提高其穩定性能。

附圖說明

圖1為所提高速滾轉載體陀螺穩定平臺漂移抑制方法實現的組成框圖。

圖中，1—CPU，2—逆變器，3—永磁同步電機，4—平臺臺體，5—電流采樣，6—編碼器。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

本發明裝置實施實例的結構參照圖1，由CPU 1、逆變器2、驅動電機3、平臺臺體4、電流采樣5、編碼器6組成。

CPU 1采用TMS320F2812DSP芯片，時鐘頻率為150MHz。

逆變器2采用分立器件搭建。DSP的弱電和驅動電機的強電隔離，采用隔離芯片ADUM1401。開關器件選用功率MOSFET IRFR3412。柵極驅動芯片選用高速功率場效應管驅動芯片IR2103S。

驅動電機3選用永磁同步電機。電機額定參數為：額定電流2.1A、額定電壓27V、額定轉速1800rpm。

平臺臺體4采用鋁合金材料加工，厚度為3mm。安裝在平臺臺體上的陀螺儀采用L3G420D，加速度計采用ADXL345。

電流采樣5采用霍爾電流傳感器ACS712，實現永磁同步電機相電流的隔離采樣，為永磁同步電機控制提供電流信號。

編碼器6采用霍爾磁電編碼器作為位置檢測元件，為永磁同步電機的高精度控制提供角度信息。

永磁同步電機轉子，編碼器轉子及平臺臺體同軸聯結；而永磁同步電機定子，編碼器定子則與載體外殼相連。

平臺臺體的運動速度由陀螺儀L3G420D直接測量得到。平臺臺體的角度信息由加速度計ADXL345的輸出，結合重力加速度得到。所采用的三環PID控制策略中，電流環的控制周期為0.1ms；速度環的控制周期為1ms；角度環的控制周期為5ms。

CPU通過采集加速度計ADXL345的輸出，得到位置環的反饋。位置環的給定為零。CPU結合位置環的輸出和采集到的陀螺儀L3G420D得到，以及PID控制參數，得到速度環的輸出。電流環的輸入為速度環的輸出。永磁同步電機的控制方法采用直軸電流為零的矢量控制方法。通過霍爾磁電編碼器測量永磁同步電機轉子的位置信息；通過霍爾電流傳感器測量定子電流信號。結合空間矢量變換，得到反饋的交、直軸電流作為電流環的反饋。結合電流環PID控制器，發出控制指令?？刂浦噶罱汚DUM1401隔離后送入IR2103S，控制6個MOSFET IRFR3412的開通和關斷，驅動永磁同步電機運行，保持平臺臺體的高精度姿態穩定。