光纤陀螺仪在稳定平台上的应用

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1、2011年第5期导弹与航天运载技术No．5201l总第315期MISSII．ESANDSPACEVEHICLESSumNo．315文章编号：1004．7182(201I)05．0029-03光纤陀螺仪在稳定平台上的应用赵友，朱志刚(北京航天控制仪器研究所，北京，100039)摘要：讨论了一种由两个光纤陀螺与两个石英加速度计构成的两轴稳定平台，着重对光纤陀螺在稳定回路中应用进行了分析与设计，并针对光纤陀螺较为特殊的随机游走误差对稳定系统的影响进行了分析。关键词：光纤陀螺；陀螺稳定平台：角度随机游走中图分类号：V448．22文献标识码：AApplic

2、ationofFiberOpticGyroinStabilizedPlatformZhaoYou，ZhuZhigang(BeijingInstituteofSpaceControlDevice，Beijing，100076)Abstract：Thispaperpresentsthedesignoftwo-axisstabilizedplatformcomposedoftWOfiberopticgyrosandtwoquartzaccelerometers．Inthispaper，theplatformstableloopadoptingFOGis

3、designedandanalyzed，andplatformangelerrorresultedfromtheanglerandomworkofFOGisestimatedspecially．KeyWords：Fiberopticgyro；Gyrostabilizedplatform；AnglerandomwalkO引言陀螺稳定平台是一种隔离载体角运动的惯性稳定系统，应用范围很广，如航拍稳定系统、雷谢无线通信稳定系统、图像导引头稳定系统等，虽然用途及形态各异，但其核心均以陀螺仪作为惯性基准，通过平台轴端力矩器使平台在特定坐标系中保持稳定，或通过

4、指令跟踪某一特定目标。按照各自设计的不同要求，系统中辅以其它传感器件以实现不同功能。陀螺稳定平台的动静态特性很大程度上取决于陀螺仪的各项性能指标，传统的一般选用机械陀螺作为惯性敏感器件。在实际使用中，机械转子陀螺大多存在着机械结构复杂、使用寿命较短等问题，困扰着陀螺稳定平台的推广应用。光纤陀螺是一种全固态惯性仪表，具有使用简单等优势。因此，研究光纤陀螺在稳定平台中的应用具有重要的实践意义。光纤陀螺作为惯性敏感器件来提供空间基准，通过稳定回路控制台体隔离载体晃动及其它干扰运动。考虑到稳定平台正常工作时，平台系统基本处于水平位置，两水平回路之间相互耦

5、合较小，故在设计时，可将两回路分开考虑，下面讨论均以单轴回路为例。图l给出了平台系统稳定回路的一般性原理框图。图l单轴稳定回路原理框图Gam(5)—速率型陀螺仪的传递函数：肌(J)一光纤陀螺数字低通滤波器；瓯(s卜直流力矩电机传递函数；睨(J)一稳定回路校正网络传递函数；R(s)一输入控制量；M，一干扰力矩a1稳定平台设计方案节串联纯延迟环节‘ll：”⋯对于光纤陀螺，G0。(s)一般可描述为一阶惯性环两轴嚣嚣黧赢焉篇雾啪，=写gD舻-两轴稳定平台，平台不受载体晃动影响。针对这一应u蛳u户—厂_‘c。用特点，稳定平台采用了两个在水平面内正交安装的2

6、riBw收稿U期t2011．04．12作者简介t赵友(1980．)．男．博士研究生．主要研究方向为平仃惯性系统测试与总体设计30导弹与航天运载技术2011年式中K。为直流增益；Bw为频带宽度；瓦为延迟时间。通常中等精度的光纤陀螺带宽在200Hz以上，延迟时间在微秒量级，因此，在实际应用中可根据性能要求对传递函数进行化简，一般取G瞄(s)*如。数字低通滤波器w，(s)用于抑制光纤陀螺仪测量噪声的黼，胖和驯嘲擞器州2霹壶丽，取阻尼系数孝---0．707，通过适当选取滤波时间常数L即可满足性能要求。瓯(s)一般可视为常数K。。系统的开环传递函数可表示为

7、啪)=未揣对于睨(s)形式及参数选取，可采用经典的单轴陀螺稳定平台设计方案【2】：因光纤陀螺敏感量为角速率，为完成平台角位置无静差的方案设计，校正网络需引入两级纯积分环节，同时需引入两个零点以补偿相位。根据平台稳定系统实际应用环境及技术要求，可得到回路的基本技术指标。对于本文所讨论的陀螺稳定平台，要求超调量小于30％，回路调整时间小于200ms，可大致估算稳定回路的带宽定为15Hz左右；台体总转动惯量约为14kg·m2；总干扰力矩最大为垃．5N·ITI。结合给定数据，通过Matlab进行频域控制系统的校正环节计算与仿真分析，可得到包含低通滤波器的

8、校正环节为彬(J)：4．34×105×华垫坚塑垫塑婆一’Szil+0．0014s+(0．()【)lJ)‘】稳定回路校正后的开环幅相特性如