低成本解旋平台稳定性提高方法研究

High dynamic performance of spinning flight vehicle brings difficulty into ground precise positioning of GPS/SINS integrated navigation system. The best way of solving ground precise positioning under high dynamic condition is adopting untwisting spin platform to isolate rotational movement. In the early day process of low-cost untwisting platform research based on MEMS gyroscope, the platform has poor stability performance. It will lead to system calculation error. The project research stability performance improvement method of low-cost untwisting platform. On the basis of system mathematical model, the influence factors of platform stability performance are analyzed, in order to conduct stability performance improvement method design. In order to make motor speed matching flight vehicle rolling speed exactly, the inverse model used for permanent magnet synchronous motor decoupling control is constructed by attribute important degree support vector regression machine. The dynamics equation based on dynamic coupling under the emission process and the flight process is constructed. The dynamic coupling noise support vector regression machine model is established by its analytical solutions. By combining with inertial navigation solution measurement unit output, this kind noise can be reduced. On the basis of the MEMS gyroscope output drift characteristic analysis, drift trend term is extracted by phase space reconstruction method. And the residual is compensated through Kalman filter. Thus the drift noise is reduced. This project research can improve stability performance of low-cost untwisting platform effectively, and ground positioning precision under high dynamic condition of GPS/SINS integrated navigation system.

自旋飞行器高动态特性，给GPS/SINS组合导航系统精确地面定位带来困难。利用解旋平台隔离飞行器滚转运动，是解决高动态条件下地面精确定位最佳方案。在前期基于MEMS陀螺的低成本解旋平台研究中，发现解旋平台稳定性较差，将引起系统解算误差。本项目研究低成本解旋平台稳定性提高方法。结合系统数学模型，探讨解旋平台稳定性影响因素，以确定稳定性提高途径。利用属性重要度支持向量回归机，建立永磁同步电机动态解耦逆模型，使电机转速精确匹配飞行器滚转速度。在分别建立发射过程和飞行过程原理性动态耦合动力学方程基础上，用其解析解指导支持向量回归机动态耦合噪声模型建立，结合用于惯导解算惯性测量单元输出，实现动态耦合噪声降噪。在漂移特性分析基础上，利用相空间重构提取趋势项，和Kalman滤波器对残差进行补偿，抑制漂移。本项目的研究将有效提高解旋平台稳定性和高动态环境下GPS/SINS组合导航系统地面定位精度。

解旋平台用于隔离载体相对于惯性空间的滚转运动，降低对陀螺性能要求，为惯性测量单元提供平稳的测量环境。平台在工作过程中，采用陀螺作为角运动传感器，通过驱动电机产生修正力矩，抵消滚转运动带来的干扰力矩。MEMS陀螺为解旋平台的低成本设计提供新的思路，但其输出信号的有效性制约平台有效性。项目主要从永磁同步电机转速控制、MEMS陀螺测量信息有效性等角度进行研究。项目的主要研究内容及成果为：①利用WinCE操作系统进行永磁同步电机调速系统监控一体化设计。这种设计方法采用ARM作为控制核心，以触摸屏为电机参数显示接口，基于WinCE操作系统实现参数的实时图形化显示。在系统运行过程中，通过触摸屏能够方便的实现永磁同步电机运行状态的监控。②建立了基于属性加权的支持向量回归机建模方法，其中属性加权因子的设计依据系统的解析解模型给出。通过引入加权因子，对输入属性进行不同的对待，打破传统建模过程中等同对待各属性的约束，提高支持向量回归机模型的精度。③建立基于核空间特性的支持向量回归机建模方法。通过核矩阵特性，建了基于正弦激励的激励信号确定方法，指导训练集和测试集的建立，有效提高模型的泛化能力。④建立了MEMS陀螺输出原理性耦合噪声分析方法。MEMS陀螺的动力学方程是建立在驱动轴、检测轴无运动基础上的，但在实际应用过程中驱动轴、检测轴存在运动，产生原理性误差。基于动力学方程，分析了耦合原理性误差，给特殊应用场景下MEMS陀螺应用过程提供有效噪声处理方案。⑤提出基于加速度计的平台漂移抑制方法。MEMS陀螺输出噪声可以降低，但不能消除。平台长时间应用状态下无法避免平台漂移。充分考虑加速度计的特性，通过加速度计的输出，解算平台漂移角度，引入平台漂移抑制环节，提高平台控制性能。本项目研究成果能够有效提高解旋平台稳定性能，为平台上放置的设备提供更好的工作环境。