两轴四框架稳定平台动力学建模及耦合分析.pdf

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1、两轴四框架稳定平台动力学建模及耦合分析程鹰，等两轴四框架稳定平台动力学建模及耦合分析程鹰，刘岩，王明帅，艾文娟(长春理工大学机电工程学院，吉林长春130021)摘要：现代工业平台常采用两轴四框架的结构形式来增加它的跟踪角度范围，提高控制精度。两轴四框架结构的内框架与外框架间通过机械连接，外框架的运动耦合到内框架上，影响控制精度。为了控制系统的整体设计，利用坐标变换建立了系统的运动学方程。根据框架间的旋转关系，利用转移矩阵，建立框架运动学耦合方程∽3，并对部分耦合补偿进行了分析。为高精度稳定平台的稳定控制设计提供理论依据。关键词：两轴四框架；速率稳定；

2、耦合；视轴稳定中图分类号：TP271文献标识码：BDOI编码：lO．14016／i．cnki．100l一9227．2016．01．190Abstract：Modemindust—alplatfbHnoftenadoptsthestmctureoftwoaxisfourfhmeworktoincreaseitsrangeoftrackingangleandimprovethecontIDlprecision．Theinnerandoutergimbalsofthetwo—axisandfbur—fmmeworkisconnectedbymachine，

3、thattheouterfhmework’smovementcouplestotheinnerframeworkwilli11fluencetheaccuracyofcontroUing．TocontroltheovemUdesignofthesystem，usingthecoordinatetransfo珊ationestablishesthekinematicsequationofthesystem．Accordingtothemtationoftherelationshipofframeworks，usingthetransfbrmatrixe

4、stablishesthekinematiccouplingequationsofthefmmeworkandanalyzessomecouplingcompensationforthestabilitycontroIofhighprecisionstabilizedplatfonnpmvidingtheoreticalbasis．Keywords：7I’wo—a】【isandfour—framework；Ratestabilization；Coupling；LOSstabilizationO引言两轴四框架稳定平台是工业上普遍使用的稳定平台，平台上装

5、载有对地面目标或者对空中目标的探测装置，基于视轴稳定技术搜索和跟踪地面上的目标或者空中的目标。当载体的空间方位发生变化时，稳定平台可以起到隔离载体的干扰运动的作用，从而保证装载在平台上的设备可以一直在理想的工作条件下运转。近几年来，稳定平台的发展非常快速，尤其是两轴四框架平台在军用和民用方面得到了快速的发展。以前使用的两轴两框架稳定跟踪平台由于控制精度难以达到要求，而且跟踪角度范围有限，有时候由于俯仰角度过大可能造成平台自锁。两轴四框架平台在两轴二框架的基础上做了较大改进，主要体现在以下几点：①当在高仰角状态下工作时，不会发生平台自锁的情况②可以减小

6、电机的体积和功率③运动隔离性好，稳定精度高。但是由于内外框架间仍然是靠机械连接，内外框架间的耦合不能完全消除，从而影响平台的稳定。本文将从两轴四框架的原理入手，建立系统的运动学方程，进行耦合分析，提出平台隔离载体扰动的方法。1系统结构和工作原理两轴四框架平台由内，外两个框架系统组成。外框架分为外俯仰框架和外方位框架，内框架分为内俯仰和内方位框架‘8’。内方位框架安装于内俯仰框架之上，内俯仰框架安装于外俯仰框架之上，外俯仰框架安装于外方位框架之上，而外方位框架通过基座与载机相连。如下图1所示，A代表外方位框架，E代表外俯仰框架，a代表内方位框架，e代表

7、内俯仰框架。71。为了增大稳定工作平台的工作角度和搜索范围，其内框架系统处于稳定工作状态¨1，外框架系统随动与内框架系统‘“。收稿日期：2015一09—17作者简介：程鹰(1987一)，男，硕士研究生，主要从事机电控制方面研究工作。·190·幽I两轴四框架稳定平台不意图2系统坐标系建立与运动学分析两轴四框架平台定义了载体坐标系Ox。Y。z。，外方位框架坐标系0x。Y。z。，外俯仰框架坐标系0x。Y。z。，内方位框架坐标系0x。Y。z。，内俯仰框架坐标系0x。Y。z。五个坐标系。6。。其中外方位框架坐标系由载体坐标系绕0Y。旋转o。后得到的．夕h俯仰框

8、架坐标系由外方位框架坐标系绕Ox。轴旋转e。后得到的；内方位框架坐标系由外俯仰框架坐标系绕0Y。轴旋转0。后