抗无人机起飞冲击的陀螺冗余构型优化设计

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1、第33卷第7期计算机仿真2016年7月文章编号：1006—9348(2016)07—0121—05抗无人机起飞冲击的陀螺冗余构型优化设计盛蔚，姚贺，安瑛野(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191)摘要：无人机弹射起飞过程中，前向冲击较大，常常导致天向和横侧向陀螺仪性能下降甚至损坏，对高精度陀螺仪的影响尤其严重，使得飞行控制系统失效。严重影响无人机飞行安全。以多个陀螺仪，精度高低搭配，构成冗余测量组件，是提高天向和横侧向冲击可靠性的有效途径，但需要对冗余结构进行优化设计。引入了兼顾冲击可靠性和测量精度的评估指标函数，优化了冗余测量组件构型及其参数。通过仿真验证，该冗余构

2、型在保证测量精度的前提下显著提高了冲击可靠性。所引入的构型评估函数在无人机飞行控制系统多目标优化中具有一定的普适性，对提高飞行控制系统及无人机整体可靠性和飞行品质具有明显的改善作用。关键词：弹射起飞；冲击可靠性；陀螺仪；冗余构型；评估指标中图分类号：v271．4文献标识码：BAMethodforOptimizationDesignofGyroscopeRedundantConfiguration、)l，ithImpactResistanceSHENGWei，YAOHe，ANYing-ye(SchoolofInstrumentationScienceandOpto-electronics

3、Engineering，BeihangUniversity，Beijing100191，China)ABSTRACT：IntheprocessofUnmannedAerialVehicle(UAV)catapultassistedtakeoff，thefrontimpactislarge，whichoftenleadstotheperformancedegradationofthex—axisandthez—axisgyroscopes．Withmultiplegyroscopes．hishprecisionandlowprecision．itisaneffectivewaytoimp

4、rovethereliabilityofthex—axisandthez-axisimpact．Thepaperintroducedtheevaluationindexfunctiontobalancetheimpactreliabilityandmeasurementaccuracy，andtheconfigurationandparametersofredundantmeasurementcomponentswereoptimized．ThesimulationresultsshowthattheredundancyconfigurationCansignificantlyimpr

5、ovetheimpactreliabilityunderthepremiseofensuringtheac-curacyofthemeasurement．Theconfigurationevaluationfunctionhasacertainuniversalityinthemultiobjectiveopti-mizationofUAVflightcontrolsystem，whichhasasignificanteffectintheimprovementofflightcontrolsystemandtheoverallreliabilityandflightquality．K

6、EYWORDS：Catapultassistedtakeoff；Impactreliability；Gyroscope；Redundancyconfiguration；Evaluationindexfunctionl引言近些年来，基于MEMS(MicroElectroMechanicalSystem)工艺的惯性传感器以其体积小，功耗低，价格低廉等优势，广泛应用于无人机飞行控制系统。但是弹射起飞中冲击较大，容易导致飞行控制系统中的多种传感器性能下降甚至损坏，其中内部具有活动结构的MEMS陀螺仪损坏率最高。陀螺仪在飞行控制系统中有至关重要的作用，陀螺仪损坏会引发飞行控制系统失效，极易发生无

7、人机飞行安全事故，必须在保证测量精度的基础上，提高陀螺仪的冲击可靠性。基金项目：国家自然科学基金项目(61274117)收稿日期：2015—08—19修回13期：2015—09—29目前，提高无人机飞行控制系统冲击可靠性的方法主要有两种。一种方法是对飞行控制系统整体增加减震装置，如汪守利⋯从器件应用的角度提出了一种对称六面体八点减震安装方式，通过有限元分析和实验，对结构的冲击可靠性进行验证，具有一定的抗冲击作用。但由于冲击运动频谱较宽，该方法只