专利名称：对平台式惯性导航系统速率通道的改进方法
技术领域：
本发明属于平台式惯性导航系统惯性平台控制回路技术，涉及对平台式惯性导航 系统速率通道的改进方法。
背景技术：
对于四环三轴平台来说，当飞机做“翻筋斗”的机动飞行时，为了保证惯性稳定平 台实现外横滚环的正常翻滚，同时也确保使平台能够正确地作为飞机航向、姿态的参考基 准，我们所采用的方案就是在外横滚环伺服回路中加入速率通道。原速率通道设计中存在 两个问题1、速率通道的开启控制部分在未开启之前有漏信号，造成飞机做极限飞行时，出 现稳定回路故障；2、扶稳转换开关在扶正状态时，不能将稳入信号完全接地短路，造成横滚在大角 度时惯导系统一上电，出现稳定回路故障。导致平台式惯性导航系统在部队使用时故障率比较高，这给部队的正常训练和飞 行安全都带来很大的问题，甚至影响到国家领空的安全。因此，急需对速率通道进行设计上 的改进和完善，以满足惯性导航系统正常的工作。
发明内容
本发明的目的是针对平台式惯性导航系统速率通道设计存在的两个问题进行改 进，解决飞机做极限机动飞行和横滚在大角度时惯导一上电工作异常的问题，继而提高惯 性导航系统的可靠性，降低系统的故障率，提升我军的战斗力，提出一种对平台式惯性导航 系统速率通道的改进方法。本发明的技术方案是速率通道包括交放解调滤波、俯仰旋变控制的开启控制、第一级直流放大器、扶正 /稳定转换开关、第二级直流放大器，突变的内环旋变信号经过交放解调滤波输入给俯仰旋 变控制的开启控制中的场效应管的输入端，俯仰旋变控制的开启控制中的场效应管的控制 端接电阻，电阻的阻值为IkQ到7kQ，俯仰旋变控制的开启控制的控制角度为80° 士2°， 俯仰旋变控制的开启控制中的场效应管的输出端接到第一级直流放大器，第一级直流放大 器的输出经扶正/稳定转换开关中的场效应管的输入端再接到第二级直流放大器的输入 端，扶正/稳定转换开关中的场效应管的控制端接二级管的正极，扶正/稳定转换开关中的 场效应管的输出端接二级管的负极并接地，扶正/稳定转换开关中的场效应管的控制端与 扶稳转换控制信号相接，扶正/稳定转换开关中的场效应管的导通电阻小于等于20 Ω。本发明的优点是通过装备使用中暴露的问题，找出原设计中存在的缺陷，并通过 最少的改动，解决了飞机极限机动飞行和横滚在大角度时惯导一上电工作异常的问题，提 高了惯性导航系统边界使用时的可靠性和稳定性，降低了系统的故障率，减少了核心元器 件的损坏率，节约了系统的维修成本。
图1为本发明的原理框图；图2为场效应管的特性图；图3为本发明扶正/稳定转换开关的示意图。
具体实施例方式下面对本发明做进一步详细说明。平台式惯性导航系统速率通道，基于一个输入信号源内滚旋变信号经过一个由交 流放大、参考解调和滤波器组成的交放解调滤波1、由俯仰旋变控制开启控制2、第一级直 流放大器3、控制扶正状态和稳定状态的扶正/稳定转换开关4、第二级直流放大器5、最后 再经过功率放大器进一步放大后直接输入给平台的执行机构力矩电机。它的特征在于俯 仰旋变控制的开启控制2在速率通道未开启前有较大漏信号，扶正/稳定转换开关4在扶 正阶段不能完全将速率通道断开的问题直接影响着速率通道的正常工作。突变的内环旋 变信号经过交放解调滤波1输入给俯仰旋变控制的开启控制2中的场效应管的输入端，俯 仰旋变控制的开启控制2中的场效应管N2的控制端接电阻R1，电阻Rl的阻值为6kQ到 7k Ω，俯仰旋变控制的开启控制2的控制角度为80° 士2°，俯仰旋变控制的开启控制2中 的场效应管Ν2的输出端接到第一级直流放大器3，第一级直流放大器3的输出经扶正/稳 定转换开关4中的场效应管m的输入端再接到第二级直流放大器5的输入端，扶正/稳定 转换开关4中的场效应管m的控制端接二级管的正极，扶正/稳定转换开关4中的场效应 管m的输出端接二级管的负极并接地，扶正/稳定转换开关4中的场效应管m的控制端 与扶稳转换控制信号相接，扶正/稳定转换开关4中的场效应管m的导通电阻小于等于 20 Ω。1、俯仰旋变控制的开启控制21.1、工作原理速率通道开启点在电子线路中通过场效应管实现，并通过俯仰角的大小来控制速 率通道的开启。该场效应管特性见图2所示，其中Vp = -7V ；Vk = -1. 4V0由该场效应管特性可见，在Vk处，Id变化最剧烈，即等效电阻变化剧烈，由截止变 为导通。利用此特性，选择该点为速率通道开启点的工作点。1.2、存在的问题在实际生产中，发现多套系统在做极限三轴翻滚试验时，系统报稳定回路故障，平 台翻台子。经试验分析，在内外环有相对角变化，即外环不能良好跟踪内环时，稳定回路不 受俯仰角控制，外环的速率通道开启，使外环饱和，撞击内环，从而使平台歪斜报稳定回路 故障。在外环有大信号输入时速率通道有漏信号现象，属设计缺陷问题。1.3、改进设计1.3.1、理论分析从图2中可以看出当俯仰角小于开启点时，速率通道并不能完全断路，仍然存在一定电阻，若速率通道输入信号变化较大时，仍然会导致速率通道有输出，可能造成不利影 响。如果速率通道开启点过�。耸彼俾释ǖ朗涑霾⑽唇刂梗淞氐釉谥魍ǖ郎� 影响外横滚电机输出力矩，甚至引起框架控制振荡，导致翻滚过程不平稳，外环角度变化较 大，超过内滚框限动角就会导致框架碰档引起平台失稳或章动。因此，从抑制干扰及平稳翻滚的角度出发，在保证足够速率通道开启范围前提下， 应尽量选择大速率通道开启点。1.3. 2、改进措施及效果经过仿真计算和多套系统的试验验证，调整俯仰旋变控制的开启控制2中的电阻 R1，将速率通道的开启点由原来的70°调整到80°左右，可以改善速率通道漏信号问题。 解决因内外环有相对角变化，即在外环轴承有“死点”或导电环、电机瞬间接触不良等外环 不能良好跟踪内环的情况下，速率通道漏信号造成外环饱和，撞击内环的问题，减少了系统 报故障的频率，彻底解决系统极限机动报故障问题。2、扶正/稳定转换开关42.1、工作原理如图3所示，在扶正过程中，速率通道的扶正/稳定转换开关4应将速率通道第一 级直流输出信号接地，使速率通道在扶正状态下输出为零。在系统转稳定后，速率通道的扶 正/稳定转换开关4与地断开，使速率通道处于接通状态。2. 2、存在的问题平台式惯导系统开全机工作时，系统工作流程的第一步就是扶正内外横滚环架， 此时平台若在横滚大角度初始位置下，就会使平台扶正不到位并翻台子，但系统不会报故 障，继续下面的流程。这样就会造成陀螺和加计碰档，打伤甚至打坏，造成重大经济损失，降 低惯导系统的可靠性和性能的急剧下降。惯导系统运输后或在飞机上出现过惯导故障切全机等多种情况下，都可能出现横 滚处于大角度初始位置的情况，如果在该位置开惯导系统，就会出现上面所描述的故障模 式。在实际使用中多次发生过上面所描述的故障，多次打伤甚至打坏陀螺和加计，造 成了巨大的损失。2. 3、改进设计2. 3.1、理论分析当横滚在大角度情况下扶正时，在内、外横滚同时扶正时，内滚环由初始位置拉回 零位的过程中，内滚环位置变化很大，从而导致内滚旋变sinH(即外滚稳定和速率通道的 输入)有很大的可变输出，外环速率通道将该信号解调、滤波并微分后，进入速率通道的直 流放大级。速率通道第一级直流放大级的增益由俯仰角来控制，随着俯仰角的增大而增大。 在第一级直流放大器与第二级之间由扶正/稳定转换开关4中的场效应管m来控制。扶 正状态正常工作时，外滚速率通道扶正/稳定转换开关4中的场效应管m将第一级直流输 出信号接地，使速率通道输出为零。若速率通道场效应管m并不能完全将前级信号对地短 路，则速率通道便有输出，从而导致外环扶正不正常。从上面分析得知，在扶正过程中，速率通道的输出是造成外横滚环在大角度情况下扶正翻平台的直接原因，速率通道输出值的大小直接与外环的初始位置及俯仰角的大小有关。2. 3. 2、改进措施及效果从工作原理可以得知，在扶正过程中，速率通道的扶正/稳定转换开关4应将速率 通道第一级直流输出信号接地，使速率通道在扶正状态下输出为零，但在实际测试中发现 速率通道有较大输出，经过分析和反复验证，发现速率通道扶正/稳定转换开关4中场效应 管的导通电阻为120Ω 170Ω，所以事实上并不能完全将信号衰减到零，又由于第二级直 流放大器的增益在扶正状态下为50倍，经该放大器放大后速率通道就有很大的输出，从而 引起外环扶正故障。因此，在扶正状态下减小速率通道的输出就是要降低扶正/稳定转换开关4中场 效应管的导通电阻，经过考察和反复验证试验，选用导通电阻小于等于20 Ω的场效应管 后，扶正状态下速率通道的输出大大减�。蛔阋砸鹜饣贩稣收�。实施例一三轴翻滚实验的最大角速率为飞机的机动极限，方位180° /S、横滚400° /S、 俯仰40° /S，俯仰旋变控制的开启控制中的场效应管的控制端所接电阻的阻值为6kQ， 俯仰旋变控制的开启控制的控制角度为80°，扶正/稳定转换开关中的场效应管选用 3DJ3C (上海双岭)，导通阻值为20 Ω，惯导系统在横滚角度处于任何角度时开机工作正常， 做三轴翻滚实验工作正常。实施例二三轴翻滚实验的最大角速率为飞机的机动极限，方位180° /S、横滚400° /S、 俯仰40° /S，俯仰旋变控制的开启控制中的场效应管的控制端所接电阻的阻值为7kQ， 俯仰旋变控制的开启控制的控制角度为82°，扶正/稳定转换开关中的场效应管选用 3DJ3C (上海双岭)，导通阻值为16 Ω，惯导系统在横滚角度处于任何角度时开机工作正常， 做三轴翻滚实验工作正常。
权利要求
一种对平台式惯性导航系统速率通道的改进方法，速率通道包括交放解调滤波[1]、俯仰旋变控制的开启控制[2]、第一级直流放大器[3]、扶正/稳定转换开关[4]、第二级直流放大器[5]，其特征在于突变的内环旋变信号经过交放解调滤波[1]输入给俯仰旋变控制的开启控制[2]中的场效应管的输入端，俯仰旋变控制的开启控制[2]中的场效应管[N2]的控制端接电阻[R1]，电阻[R1]的阻值为6kΩ到7kΩ，俯仰旋变控制的开启控制[2]的控制角度为80°±2°，俯仰旋变控制的开启控制[2]中的场效应管[N2]的输出端接到第一级直流放大器[3]，第一级直流放大器[3]的输出经扶正/稳定转换开关[4]中的场效应管[N1]的输入端再接到第二级直流放大器[5]的输入端，扶正/稳定转换开关[4]中的场效应管[N1]的控制端接二级管的正极，扶正/稳定转换开关[4]中的场效应管[N1]的输出端接二级管的负极并接地，扶正/稳定转换开关[4]中的场效应管[N1]的控制端与扶稳转换控制信号相接，扶正/稳定转换开关[4]中的场效应管[N1]的导通电阻小于等于20Ω。
全文摘要
本发明属于平台式惯性导航系统惯性平台控制回路技术，涉及对平台式惯性导航系统速率通道的改进方法。速率通道包括交放解调滤波、俯仰旋变控制的开启控制、第一级直流放大器、扶正/稳定转换开关、第二级直流放大器，俯仰旋变控制的开启控制的控制角度为80°±2°，扶正/稳定转换开关中的场效应管的导通电阻小于等于20Ω。本发明通过最少的改动，解决了设计缺陷，解决飞机做极限机动飞行和横滚在大角度时惯导一上电工作异常的问题，提高了惯性导航系统的可靠性和稳定性，降低了系统的故障率，减少了核心元器件的损坏率，节约了系统的维修成本。
文档编号G01C21/18GK101936738SQ20101026003
公开日2011年1月5日 申请日期2010年8月19日 优先权日2010年8月19日
发明者屈红星, 张宏刚, 张朝霞, 高瑞冰 申请人:中国航空工业第六一八研究所
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