慣導減震器參數調整方法分析及解決方案

崔國友，陸曉峰

(上海航保修理廠，上海 200083)

慣性導航系統(以下簡稱慣導系統)為了減小陀螺機械抖動以及載體振動帶來的不利影響,需要采取減振措施。慣性測量裝置與載體之間采用阻尼減震結構，能較好地使共振頻率和強度限制在給定的范圍內。阻尼減震具有黏彈性，在載體運動過程中會產生變形和動態延遲，以致反映到慣性測量器件上的信號參數與載體實際狀況有差別[1]。本文通過理論研究和有限元仿真相結合的方法對減振系統的性能進行了分析[2],推測出載體運動過程中對慣性測量裝置的傳輸方法，并實際驗證該方法的正確性；其后多套慣導系統使用該方法完成其精度標定工作。

1 驗證減震器參數含義

減震器在載體坐標系統中的正、反方向傾斜時，其傾斜和轉角之間兩兩相互耦合，因此共產生12個相關聯的系數和2個初始安裝參數Θ0、Ψ0。參數精度直接影響到慣性測量器件測量輸出與載體實際姿態之間誤差。

M01、П0為縱傾角形變補償量與縱傾角之間的系數；M02、П02為橫傾角形變補償量與橫傾角之間的系數；M12、П12為橫傾角形變補償量與縱傾角之間的系數；M13、П13為航向角形變補償量與縱傾角之間的系數；M21、П21為縱傾角形變補償量與橫傾角之間的系數；M23、П23為航向角形變補償量與橫傾角之間的系數。其中：減震器正向傾斜為M，反向為П；0為傾角自身相關性；1為縱傾角形變量；2為橫傾角形變量；3為航向角形變量。

上述參數也可稱為慣導系統減震器轉角形變剛度矩陣參數；初始位移Θ0、Ψ0也可稱為減震器水平姿態安裝參數。

從減震器參數含義看，不同縱、橫傾角條件下對姿態和方位有不同的補償。實際系統中參數的正、反方參數有正負，推測正、反方向對應慣導臺體正向(反向)傾斜，壓迫彈簧片造成形變。

2 減震器參數測定方法

我們通過改變慣導系統臺體傾角大小，修改減震器參數的不同數值，通過多組對比試驗，初步摸索了減震器參數的調整方法。由于缺乏減震器對慣導系統產生影響的實際對應數據，因此，需要通過比較慣導系統測量值與真實值的差異，推測出減震器參數調整方法，使測量值與真實值一致，達到減震器參數調整目的。

1)設置減震器形傾角參數。表1為減震器縱橫傾參數，系統輸出狀態參數出現明顯變化，通過長時間開機記錄慣導系統縱傾變化數據如圖1所示。

表1 減震器傾角參數

圖1 縱傾變化曲線

橫傾、轉角等變化曲線，可以通過選定圖1右側對應的參數進行觀測(由于篇幅有限，其余變化曲線略)。

從圖1可以看出，改變減震器參數，縱、橫傾角和航向角呈線性平移變化。將相應減震器參數代入參數調整方法，得到姿態的仿真估計值，比較姿態的實測值，可得到其余姿態參數調整方法。

2)仿真驗證。對修改后得到的系統數據通過仿真進行多次驗證，具體的過程如下。

(1)第1次修改參數后驗證，橫傾參數仿真曲線見圖2。

圖2 橫傾參數仿真曲線

圖2(a)為減震器參數全零曲線，將修改參數代入參數調整方法得到，圖2(b)為修改參數后的實測曲線。橫傾估計值(均值197.4′)與實測值(均值197.4′)相符。

同時，縱傾估計值(均值-76.3′)與實測值(均值-76.3′)相符(圖略)。

(2)第2次仿真驗證(圖略)。橫傾估計值(均值205.4′)比實測值(均值205.5′)小0.1′；縱傾估計值(均值-59.9′)比實測值(均值-59.6′)小0.3′；航向角估計值(均值4.390 0°)比實測值(均值4.360 0°)大1.8′。

由減震器參數含義，以及上述的試驗可以確定減震器的比例系數是呈線性的。

3 試驗驗證

為進一步驗證調整方法的可行性，需要多次試驗；通過相關試驗總結分析其優缺點，優化試驗方法，使其試驗調整方法滿足使用要求。經過數十次試驗改進，該參數調整方法完全滿足使用要求。

不同姿態減震器傾角參數設置如表2所示。通過設置不同姿態減震器傾角參數，可以在慣導系統獲得相應的輸出姿態。姿態估計值誤差為姿態估計值減去實測值，則上述實驗的縱、橫傾角參數調整誤差如表3所示。

表2 不同姿態減震器傾角參數設置 ′

表3 姿態估計值誤差 ′

從表3可以看出，縱、橫傾角參數調整方法估計的姿態誤差很小。航向角誤差相對大的原因可能是開機時間不長，系統沒有完全穩定。為了同時驗證縱、橫傾角參數調整方法，減震器全部參數同時進行縱、橫傾角補償，使其等效減震器參數全零。縱傾估計值(均值-55.9′)比實測值(均值-56.0′)大0.1′；航向角估計值(均值7.379 3°)比實測值(均值7.404 7°)小1.5′。

縱、橫傾角參數調整方法，先后在低頭、右傾和抬頭、左傾2種情況下，推測了減震器全部參數，使其等效參數全零。2次減震器全零等效參數設置如表4所示。

表4 全零等效參數

將表4減震器全零等效參數的輸出與慣導系統實測值相比，其調整后的殘余誤差計算如表5所示。

從表5可以看出，減震器參數的縱、橫傾角參數調整后誤差很小，符合系統使用精度要求。

表5 調整后的殘余誤差 ′

4 結束語

使用上述方法對減震器參數進行重新調整標定，慣導輸出結果性能穩定良好，滿足技術等級要求，并通過檢驗驗收。目前多套慣導系統已經使用了該技術并且工作數年技術狀態良好。