科工委学院802200505021整”条件。惯导平台具有舒勒特性，这是它区别于一般陀螺稳定平台的主要特征。2.2平台式惯导系统的工作原理平台式惯性导航系统，按惯导平台模拟的导航坐标系的不同，分为当地水平惯性导航系统和空间稳定惯性导航系统两类。本节以当地水平惯性导航系统中的游动方位系统为主，介绍平台式惯导系统的工作原理。图2.8为平台式惯导系统原理结构图。YU控制显示Q计算机D医2.8平台式导系统原理结构图2.2.1惯导平台一、平台伺服回路的性能指标伺服回路的设计要能保证惯导平台高精度的动静态特性，既能准确地稳定在惯性空间，21
又能准确地跟踪导航坐标系在空间的转动。通常，对平台何服回路提出下列性能指标。（一）闭环力矩刚度力矩刚度定义为干扰力矩与其所引起的平台偏角之比。它表示平台系统抵抗干扰力矩的能力，用S代表力矩刚度，则M(s)S(s) (2.19)$,(s)式中M。为干扰力矩；，为平台偏角。%（为力矩刚度的频率待性，表示平台抵抗周期性的干扰用ju代替s，则S（jan）=d,(jw)力矩的能力，又称动态力矩刚度。0时，S（0)表示平台抵抗常值干扰力矩的能力，通常称为静态力矩刚度。静态力矩刚度一般在10°g·cm/rad数量级。（二）振荡度M，Y(jw)平台系统的闭环幅频特性用表示，其曲线如图2.9所示。wM为谐报频率；1+Y(ja)M，为谐探峰值，称为振荡度，Y(jwy)M,1+YjWm)振荡度M，是系统动态性能指标，与时域设计中的超调量指标相对应。为了得到好的系统动态性能，通常取M,=1.1～1.5。对闭环振荡度M的要求，可以转换为对开环相位储备的要求。M=1.1～1.5，对应于相位储备入=54°10°~3855。（三）闭环通频带图2.9中表示系统闭环通频带，即系统频率范围的宽窄，也反映系统对输入响应速度的快慢。Y(jw)1+Y(ja)M0.703oW图2.9闭环幅颜特性平台系统对低频干扰力矩，如载体的姿态变化、弹性变形等因素引起的干扰力矩（一般在0～5Hz之间），应有足够大的力矩刚度，使平台在上述干扰力矩作用下有足够小的动态误差。而对一些高频干扰，如发动机振动、电子系统的干扰，系统应具有很好的抑制作用。平-22-
台系统的通频带一般选在50200Hz范围内。二、三轴平台伺服回路的耦合与隔离8.16.在三轴平台系统中，当各环都处于中立位置时，三个环的轴相互垂直。此时，三个轴的稳定回路相互独立。而当载体有横滚、俯仰和偏航时，则三个环的轴不再保持相互垂直，从而使三个伺服回路产生糊合。在三轴平台纵向安装的情况下，我们用坐标系Oyp（p系）Oxayaza(a系）,Oxryz,(r系）、Orsye（6系）分别与方位环、俯仰图2.10坐标系间的关系环、横滚环和基座（载体）固联。显然，平台处于中立位置时各坐标系重合。当各环绕本身的轴分别转动个角度9,，。6，时，则各坐标系的关系如图2.10所示。因为沿Oz，Oya，O%，轴各安装有力矩电机，故将Oxy.y称为力矩电机坐标系，记作0zmy%z（m系）。在一般情况下，m系不是正交系。从图2.10不难求出m系到p系的转换矩阵：cost,coss.sino,07coso,0Cesino,coso,(2. 20)1.00.C表明由于力矩电机坐标系的不正交使伺服回路之间产生耦合。为了克服这种耦合作用，必须对陀螺输出信号u进行变换，使ur=Crur设W(s)、W。(s），W,s）为平台各环伺服回路开环传递函数，则此时有[W,(s)007W.(s)0t = C?0400W,(s)) Cew(s)ur = CW(s)Cpug即系统实现了解糊。解耦原理框图如图2.11所示。其信号转换矩阵为[coso,sech.sing,seco.0T0sing,coss,C=(CP)-1(2. 21)0110陀螺信号的变换如图2.12所示。2.2.2游动方位惯导系统程序编排当地水平坐标系通常包括地理坐标系Or32（东北天）和自由方位坐标系及游动方位—23-
环架几何arfeyW.(s)关系矩阵CeaW.(s)信号转C换矩阵图2.11解原理框图sine,cost,ItgXansing,正割分解器ur,cost,5ust方位坐标分解器图2.12驼螺信号的变换坐标系0zymz，如图2.13所示。地理坐标系在惯性空间既跟踪地球的自转也跟踪载体运动所形成的绕地心的转动，即在惯性空间转动的角速度为f=+在不考虑地球为椭球的情况下为RnCOSLat(2.22)RwsinL+RtgL由此，在指北方位惯导系统中，需按上式给平台图2.13地平坐标系施加指令角速度，使平台跟踪地理坐标系在惯24
性空间的转动。由于tgL的发散性，在高纬度地区，沿垂直轴的施矩速度很大，物理上难以实A现。为避免这一困难，通常采用自由方位或游动方位坐标系。自由方位坐标系在方位上稳定在惯性空间，即=0.所以该坐标系相对地球有一方2位角α/-V(a,sinL-FtgL)dt(2.23)ar=aoR3一+)游动方位坐标系沿垂直轴只跟踪地球自转角速度isinL。和自由方位坐标系的情况类似，该坐标系相对地球有一游动方位角α，tgLdt(2.24)α=aR载体航向角和平台航向角中，的关系为y中-a(2.25)由于在垂直方向去掉了（u/R）tgL项的跟踪速度，因而克服了在指北方位惯导系统中施矩太大的困难。下面介绍游动方位惯导系统的程序编排方程。一、位置计算参看图2.13，如果以地球坐标系0T%。为初始位置，绕2.轴转动（入+90）角，得到Ory；再绕轴转动（90-L）角，得到Oz再绕轴转动α角，则得到游动方位坐标系Ory。由此可以求出游动方位坐标系w到地球坐标系e的转换矩阵：-cosasinasinasinaCOSLcOSA-sinasinLcosA-cosasinLcosACw=cosacosAcosLsina-sinacosa(2.26)sinasinLsina-cosasinLsinasinacosLcosacosLsinL表示成简单的形式为[u12cs]Cu -CnC22C23[enC32C3s根据c,可得到± = tg~1C32±= tg-152(2. 27)C13C33L = tg-1Veis+cis纬度L的定义域为（一90°，十90°），由此，L的主值即真值。而的定义域为（一180°，+180°），α的定义域为（0.360°)，因而存在象限判断问题。判断方法如表2.1和表2.2所示。-25—