基于ADAMS和MATLAB联合仿真的捷联惯导系统研究

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1、基于ADAMS和MATLAB的惯性组件联合仿真研究RESEARCHofINSbasedonCOORDINATEDSIMULATIONofADAMSandMATLAB柳文安于天朋李四河（山西北方惠丰机电有限公司山西长治046012）摘要：本文对惯性组件统用ADAMS和MATLAB进行了仿真研究。首先，用ADAMS软件创建了捷联惯导系统机械仿真模型，并进行了运动学和动力学仿真；其次，通过ADAMS和MATLAB的接口模块ADAMS/control，利用MATLAB/Simulink模块搭建了捷联惯导系统的

2、联合仿真控制系统，实现了基于ADAMS和MATLAB的捷联惯导系统联合仿真；最后，通过仿真和试验对比，说明了仿真模型的正确性。关键词：惯性组件动力学仿真联合仿真Abstract:Inthispaper,theINSisstudiedbysimulationbasedonADAMSandMATLAB.firstly,theSINSsimulationmodelisbuiltusingADAMSsoftware,andthekinematicanddynamicsimulationisdone;secon

3、dly,throughtheinterfacemodularpart(ADAMS-control)ofADAMSandMATLAB,theSINScoordinatedsimulationcontrolsystemissetupusingMATLAB/Simulink,sotheSINScoordinatedsimulationisrealizedbasedonADAMSandMATLAB;finally,thecontrastofsimulationandtestprovesthatthesimul

4、ationmodelistrue.Keywords:INSdynamicsimulationcoordinatedsimulation1引言ADAMS软件为用户提供了强大的建模、仿真功能，使用户能够对各种机械系统进行建模、仿真和分析；在控制系统设计方面，MATLAB中的Simulink比ADAMS中的控制工具箱功能更强大；如果将两者结合起来使用，充分发挥它们各自的优势，不仅可以直观地观察到目标的运动过程，而且可以建立复杂的控制方案，为机械系统研究提供便利。惯性技术的发展表明，作为导航和制导，使用惯导系

5、统有着比其他导航和制导技术无法比拟的优点，尤其自主性、抗干扰性和输出参数的全面性等，对于军事用途的飞机、舰艇、导弹等有着十分重要的意义[1]。捷联惯导是将加速度计和陀螺直接安装在载体上的惯导系统。本文应用ADAMS和MATLAB对惯性组件进行了研究，通过建模与仿真，求得载体的位置和姿态信息，并对数学模型进行了验证。2惯性组件数学模型建立2.1加速度计与角速率陀螺建模加计数学模型由质量块和弹簧组成，当载体仅产生线运动时，由于质量块的惯性使得弹簧发生变形，根据弹簧的变形量，由牛顿第二定律即可得到载体的加速

6、度。建立完成的加速度计模型如图1所示。1图1加速度计模型为了验证模型，使载体X向加速度为100m/s，得X向加速度计的位移曲线如图2左图所示，经公式kx=ma验证，该图的输出曲线是正确的。图2加速度输出结果陀螺模型由外框m2和内框m1组成，其固有频率分别为2和1，阻尼比分别为2和1，外框通过弹簧与载体相连，并通过弹簧与内框相连并形成一个有一定质量的弹簧质量块。内框为驱动模态并按照一定频率d振动，外框为检测模态。当载体产生角运动时，外框就y会感受到相应的科氏惯性力并产生位移，通过检测外框位移

7、并按照公式（1）进行反转换[2]即可得到载体的角速度。2dFd(1)ysindt122222222222222m1m22d422d1d411d其中：1211d1222d1tan(22)，2tan(22)（2）1d2d根据上述原理建成的角速率陀螺模型如图2所示。2图3角速率陀螺模型为了验证角速率陀螺的模型，使载体X向滚转速度为5r/s，得X向陀螺的振动曲线如图4所示，是正弦曲线，代入数据进行验证

8、，符合检测模态的运动方程。图4角速率陀螺输出结果2.2惯性组件仿真模型的建立设定载体坐标系为OXYZ，惯性坐标系为OiXiYiZi。当载体静止不动时，载体坐标系和惯性坐标系重合，重力方向为Yi向。根据上述坐标系定义和已经建立的加速度计和角速率陀螺仿真模型，在ADAMS中创建惯性组件仿真模型，该模型采用四个加速度计和四个角叫速率陀螺的配置方式，在X、Y和Z轴上配置有X、Y和Z向加计和陀螺，并其中三组按照右手定则安装布置，另外一组采用了冗余配置，按照正方体的