針對(duì)半捷聯(lián)紅外導(dǎo)引頭穩(wěn)定控制的目的,通過(guò)采用與導(dǎo)引頭相關(guān)的坐標(biāo)系定義,采用四元數(shù)法進(jìn)行分析,建立了導(dǎo)引頭伺服鏡在慣性空間穩(wěn)定的數(shù)學(xué)公式,實(shí)現(xiàn)了對(duì)方位、俯仰兩個(gè)通道伺服鏡的慣性空間穩(wěn)定的公式分離,通過(guò)對(duì)求解方程進(jìn)行離散,得出了伺服鏡旋轉(zhuǎn)角增量形式的公式,并對(duì)離散方程的穩(wěn)定性進(jìn)行重點(diǎn)研究,為系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)提供理論依據(jù),算例表明算法公式的正確性,得到了提高伺服鏡在慣性空間的穩(wěn)定度精度使得其誤差小于1.0×10-6rad的結(jié)論。 

【文章來(lái)源】：電子設(shè)計(jì)工程. 2020,28(19)

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【部分圖文】：

伺服鏡捷聯(lián)穩(wěn)定框圖

伺服鏡捷聯(lián)穩(wěn)定模塊是整個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)的核心部分，其功能是把導(dǎo)引頭基座擾動(dòng)信號(hào)，通過(guò)坐標(biāo)變換，經(jīng)過(guò)較復(fù)雜的計(jì)算，得到控制伺服鏡的角度信號(hào)，從而保證伺服鏡空間穩(wěn)定。捷聯(lián)穩(wěn)定模塊運(yùn)用四元數(shù)法，將輸入的導(dǎo)引頭基座角速度作為輸入量，通過(guò)四元數(shù)表述的坐標(biāo)變換矩陣，在捷聯(lián)計(jì)算過(guò)程中，通過(guò)穩(wěn)定在慣性坐標(biāo)系的初始向量，改初始向量變換到伺服鏡視線坐標(biāo)系，最后得到穩(wěn)定初始矢量的伺服鏡方位、俯仰角度，捷聯(lián)穩(wěn)定模塊的輸出是控制伺服鏡輸出的實(shí)時(shí)角度。由慣性坐標(biāo)系先轉(zhuǎn)換到彈上坐標(biāo)系[x1,y1,z1]T，再由彈上坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到彈上測(cè)量坐標(biāo)系。這種轉(zhuǎn)換關(guān)系可用四元數(shù)姿態(tài)矩陣T來(lái)表示[6]:根據(jù)發(fā)射時(shí)的彈體初始方位、俯仰及滾轉(zhuǎn)角?0,ψ0,γ0，對(duì)應(yīng)的初始四元數(shù)q00,q10,q20,q30。α0,β0是伺服鏡的初始預(yù)定角。伺服鏡的穩(wěn)定問(wèn)題，實(shí)際上就是截獲目標(biāo)時(shí)刻的伺服鏡坐標(biāo)在慣性空間保持不變，即不論彈體姿態(tài)角(ψ,?,γ)如何變化，都要控制α,β（伺服鏡轉(zhuǎn)角），使得伺服鏡實(shí)時(shí)位置[x,y,z]保持在慣性空間位置[x0,y0,z0]不變，即：

方程（11）、（12）的求解是采用增量法，實(shí)時(shí)計(jì)算出由于彈體姿態(tài)的擾動(dòng)，伺服鏡需要保持穩(wěn)定的框架角[11-12]，運(yùn)算變量運(yùn)用單精度類型數(shù)據(jù)，計(jì)算的初始條件：α0=β0=0，ωx=ωy=0，ωz=0.001 rad/s，時(shí)間步長(zhǎng)為1 ms，保持穩(wěn)定的角度增量為10-6rad。圖3針對(duì)變量選取float型和double型，進(jìn)行運(yùn)算結(jié)果對(duì)比，用單精度數(shù)據(jù)解算的伺服鏡角度增量誤差值是發(fā)散的，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，誤差還會(huì)繼續(xù)增大，甚至發(fā)散，導(dǎo)致穩(wěn)定算法失敗。而采用雙精度計(jì)算，算法是穩(wěn)定的，因此，采用捷聯(lián)穩(wěn)定模塊采用變量雙精度是必須的[13-14]。為此，伺服控制計(jì)算機(jī)選用TMS320C6701浮點(diǎn)處理器，運(yùn)算變量選用double類型[15]。初期采用定點(diǎn)DSP(32位）處理器，要保持計(jì)算的穩(wěn)定性，必須采用64位定點(diǎn)計(jì)算增量角才能保證穩(wěn)定，32位定點(diǎn)計(jì)算達(dá)不到計(jì)算穩(wěn)定性的要求[16]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3624182