专利名称：一种惯性稳定平台受迫振动的阻尼方法
技术领域：
本发明涉及一种惯性稳定平台受迫振动的阻尼方法，可用于阻尼具有显著谐振特 性的惯性系统和陀螺仪器的受迫振动。
背景技术：
现代化尖端科学技术要求陀螺仪器和系统不仅解决载体的定向和导航问题，并要 求能够稳定一系列专用设备，即要使专用设备与运动载体的角运动隔离，于是在充分利用 陀螺仪固有特性的基础上，结合自动控制技术制成各种陀螺稳定系统，其中惯性稳定平台 即是陀螺稳定系统的一个典型范例。惯性稳定平台主要是为了隔离载体的角运动，为载荷提供稳定的工作环境，通常 来讲，惯性稳定平台的干扰力矩来源包括偏心力矩、摩擦力矩、电流引起的电磁干扰力矩、 导线缠绕产生的拉伸干扰力矩等，当存在这些干扰作用时，需要设法对“稳定”对象，即惯性 稳定平台进行受迫振动的阻尼，系统受迫振动的阻尼技术成为确保惯性稳定平台高精度正 常工作的关键技术之一。系统振动阻尼方法的研究受到国内各环境专业研究院所的高度重视，通常振动阻 尼的解决方法是基于控制系统设计来实现的，如通过在控制系统设计中加入专门用于阻尼 的功能模块，或提出一种阻尼振动的控制算法，从而解决系统的受迫振动的阻尼问题。这种 通过算法设计实现振动阻尼功能的方法会带来控制系统设计复杂化和实现困难的问题。减振器是阻尼系统振动的有效工具之一，特别在阻尼具有显著谐振特性的系统中 作用明显，在多个领域获得广泛的应用。近年来，随着导航系统和陀螺仪器精度需求的越来 越高，为利用减振器阻尼陀螺系统受迫振动技术提供了用武之地，因此，提出利用减振器阻 尼惯性系统和陀螺仪器受迫振动的方法。基于减振器阻尼系统受迫振动的方法实质是构成 “减振器+惯性稳定平台”系统，因此，系统的受迫振动阻尼任务完全由减振器来完成。需要 强调的是，此种情况下，是将切断控制系统的惯性稳定平台作为研究对象，亦即控制系统不 参与工作。国外在这方面的研究起步早些，但因为涉及高精度惯性系统和陀螺仪器的核心关 键技术，欧美国家在基于减振器阻尼惯性系统及仪器受迫振动方面的相关研究成果未见报 道，俄罗斯在这方面的研究以莫斯科国立鲍曼技术大学为代表，该机构对被动式和半主动 式减振方法在阻尼各种自动系统的受迫振动中进行了较为深入的研究，发表了相关文章， 但数量很少。资料查找和调研发现，国内将减振器引入惯性系统和陀螺仪器中实现受迫振 动的阻尼方法研究成果尚未见相关文章。被动和半主动减振方法主要依靠其与减振对象间物理相连的惯性质量块即被动 减振器提供的抗干扰力矩来实现系统受迫振动的阻尼，因此，为了达到较好的阻尼效果，就 不可避免的会带来被动减振器在系统中的放置空间的限制问题；而被动减振器规格选择的 限制，会带来系统减振带宽狭窄、动态特性提高不明显和稳态误差较大等缺陷。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术不足，提供一种惯性稳定平台受迫振动 阻尼方法，通过引入主动反馈环节并优化计算减振器的参数，在被动减振器规格较小的情 况下，达到提高惯性稳定平台动态特性、拓展系统振动的阻尼带宽、降低系统稳态误差的目 的。本发明的技术解决方案为一种惯性稳定平台受迫振动的阻尼方法，具体步骤如 下(1)减振器惯性质量块即被动减振器放置在惯性稳定平台的稳定轴上，角度传感 器放置在被动减振器中，与放大器和力矩器组成主动反馈环节，被动减振器与主动反馈环 节构成主动减振器，用以阻尼干扰引起的惯性稳定平台绕稳定轴的受迫振动；(2)以惯性稳定平台为减振对象，确定其固有频率Otl，估计干扰频率与惯性稳定 平台固有频率的关系，当干扰作用的频率与惯性稳定平台固有频率相同或相近时，惯性稳 定平台的受迫振荡最为明显；(3)确定具有被动减振器的惯性稳定平台的阻尼放大系数X，其表达式为被动减 振器的转动惯量I与惯性稳定平台沿稳定通道的转动惯量A的比值χ =I|A，其值与预估 达到的阻尼效果相关；(4)确定减振器主动反馈环节的放大系数k，主动反馈环节提供的转动惯量为
=k · I，减振器主、被动部分的总转动惯量为具有主动减振器的惯性稳定平台的阻 尼放大系数Xk与具有被动减振器的惯性稳定平台阻尼放大系数X的关系为Xk= (1 + 1± 动)/A = (Ι+k) · χ ；(5)选择最小最大幅频特性值定理
权利要求
1.一种惯性稳定平台受迫振动的阻尼方法，其特征在于实现步骤如下(1)减振器惯性质量块即被动减振器安放在惯性稳定平台的稳定轴上，角度传感器放 置在被动减振器中，与放大器和力矩器组成主动反馈环节，被动减振器与主动反馈环节构 成主动减振器，减振器主、被动部分共同阻尼干扰引起的惯性稳定平台绕稳定轴的受迫角 振荡；(2)计算惯性稳定平台的固有频率Qtl，估计干扰频率与惯性稳定平台固有频率Otl的 关系，当干扰作用的频率与惯性稳定平台固有频率Qtl相同或相近时，惯性稳定平台的受迫 振动最为明显；(3)确定具有被动减振器的惯性稳定平台的阻尼放大系数χ= Ι/Α, I为被动减振器 的转动惯量，A为惯性稳定平台沿稳定通道的转动惯量；(4)确定主动反馈环节放大系数k，具有主动减振器的惯性稳定平台的阻尼放大系数 xK与具有被动减振器的惯性稳定平台阻尼放大系数X的关系为Xk= (1+k) · χ ；(5)利用最小最大幅频特性值定理
2.根据权利要求1所述的惯性稳定平台受迫振动的阻尼方法，其特征在于所述惯性 稳定平台固有频率的确定采用结构离散化划分方法和幅频特性法。
全文摘要
一种惯性稳定平台受迫振动的阻尼方法，通过向被动减振器中引入由角度传感器、放大器和力矩器组成的主动反馈环节，使减振器与惯性稳定平台间增加了“电”连接，这样，加入的主动反馈环节就以电气的方式增大了减振器被动和主动部分的“综合”转动惯量，当有外部干扰作用于惯性稳定平台时，在控制系统不参与工作的情况下，减振器的被动部分和主动反馈环节同时产生反抗干扰作用的力矩，用以阻尼外部扰动引起的惯性稳定平台的角振动。通过优化减振器的参数，在被动减振器规格较小的情况下，达到提高惯性稳定平台动态特性、拓展系统振动的阻尼带宽、降低系统稳态误差的目的。本发明具有自主、灵活简便的特点，适用于惯性系统和陀螺器件。
文档编号G01C21/18GK102109350SQ20101057159
公开日2011年6月29日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者张延顺, 房建成, 李明, 钟麦英 申请人:北京航空航天大学