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旋转导弹在飞行过程中弹体会绕弹旋轴高速旋转,出于导航制导目的,需要测量出弹旋角,给复合导引头建立实时角位置基准。消旋与惯性测量一体化装置可以使其转子在弹旋轴上相对惯性空间保持静止,从而通过测量转子与弹体之间旋转的角度就能完成高精度弹旋角测量,所以研制出新型消旋与惯性测量一体化装置对保证旋转导弹的导航与制导能力至为重要。 本文基于课题组,完成了对旋转导弹消旋与惯性测量一体化装置的技术研究。课题组各有分工,在确立了整个装置的系统原理及结构组成后,明确了系统的关键环节在于稳定控制回路,并完成了稳定控制回路中各个环节的设计工作。在课题组的协助下,参与实现了系统的硬软件设计及样机系统联调,并通过实验设计与数据分析确立了模型参数。本文的核心内容是研究了消旋与惯性测量一体化装置技术中的高精度消旋控制问题,主要工作如下: (1)根据飞行动态过程,设计了消旋与惯性测量一体化装置的消旋控制方案; 在稳定回路中,设置了基于速度环,电流环的双环形式的串级控制结构。采用霍尔元件作为电流测量单元构成稳定控制回路的电流环;采用MEMS陀螺作为角速度测量元件构成稳定控制回路的转速环,推导出稳定控制回路的转速环和电流环数学模型,并通过对消旋样机进行测试,验证了模型的正确性。 (2)实现了高精度闭环控制; 为提高系统控制精度,将直流无刷电机以及MEMS陀螺视作一体化装置,建立了电机-陀螺的一体化数学模型。极大地简化了消旋与惯性测量一体化装置的控制系统结构,使消旋与惯性测量一体化装置控制器的设计思路简单、清晰。 为建立控制模型,设计合适的激励信号作为输入,以激发出系统的模态;用高速转台模拟出导弹飞行环境,系统的输出根据转台数据以及MEMS陀螺输出数据计算并验证。 通过改进赤池信息准则辨识出电机-陀螺的一体化模型的最佳阶次,分析出陀螺的阶次为2阶,用最小二乘法计算出模型参数,并与实际测量数据进行对比研究了辨识模型的拟合精度,拟合精度得到了提高。 (3)研究了滑模变结构控制; 针对新型消旋与惯性测量一体化装置,提出了一种滑模变结构控制器,仿真证明滑模变结构控制算法比传统PID控制算法更具优势。 (4)以电机矢量控制为基础,实现了消旋与惯性测量一体化装置样机。