惯导减震器参数调整方法分析及解决方案

崔国友，陆晓峰

(上海航保修理厂，上海 200083)

惯性导航系统(以下简称惯导系统)为了减小陀螺机械抖动以及载体振动带来的不利影响,需要采取减振措施。惯性测量装置与载体之间采用阻尼减震结构，能较好地使共振频率和强度限制在给定的范围内。阻尼减震具有黏弹性，在载体运动过程中会产生变形和动态延迟，以致反映到惯性测量器件上的信号参数与载体实际状况有差别[1]。本文通过理论研究和有限元仿真相结合的方法对减振系统的性能进行了分析[2],推测出载体运动过程中对惯性测量装置的传输方法，并实际验证该方法的正确性；其后多套惯导系统使用该方法完成其精度标定工作。

1 验证减震器参数含义

减震器在载体坐标系统中的正、反方向倾斜时，其倾斜和转角之间两两相互耦合，因此共产生12个相关联的系数和2个初始安装参数Θ0、Ψ0。参数精度直接影响到惯性测量器件测量输出与载体实际姿态之间误差。

M01、П0为纵倾角形变补偿量与纵倾角之间的系数；M02、П02为横倾角形变补偿量与横倾角之间的系数；M12、П12为横倾角形变补偿量与纵倾角之间的系数；M13、П13为航向角形变补偿量与纵倾角之间的系数；M21、П21为纵倾角形变补偿量与横倾角之间的系数；M23、П23为航向角形变补偿量与横倾角之间的系数。其中：减震器正向倾斜为M，反向为П；0为倾角自身相关性；1为纵倾角形变量；2为横倾角形变量；3为航向角形变量。

上述参数也可称为惯导系统减震器转角形变刚度矩阵参数；初始位移Θ0、Ψ0也可称为减震器水平姿态安装参数。

从减震器参数含义看，不同纵、横倾角条件下对姿态和方位有不同的补偿。实际系统中参数的正、反方参数有正负，推测正、反方向对应惯导台体正向(反向)倾斜，压迫弹簧片造成形变。

2 减震器参数测定方法

我们通过改变惯导系统台体倾角大小，修改减震器参数的不同数值，通过多组对比试验，初步摸索了减震器参数的调整方法。由于缺乏减震器对惯导系统产生影响的实际对应数据，因此，需要通过比较惯导系统测量值与真实值的差异，推测出减震器参数调整方法，使测量值与真实值一致，达到减震器参数调整目的。

1)设置减震器形倾角参数。表1为减震器纵横倾参数，系统输出状态参数出现明显变化，通过长时间开机记录惯导系统纵倾变化数据如图1所示。

表1 减震器倾角参数

图1 纵倾变化曲线

横倾、转角等变化曲线，可以通过选定图1右侧对应的参数进行观测(由于篇幅有限，其余变化曲线略)。

从图1可以看出，改变减震器参数，纵、横倾角和航向角呈线性平移变化。将相应减震器参数代入参数调整方法，得到姿态的仿真估计值，比较姿态的实测值，可得到其余姿态参数调整方法。

2)仿真验证。对修改后得到的系统数据通过仿真进行多次验证，具体的过程如下。

(1)第1次修改参数后验证，横倾参数仿真曲线见图2。

图2 横倾参数仿真曲线

图2(a)为减震器参数全零曲线，将修改参数代入参数调整方法得到，图2(b)为修改参数后的实测曲线。横倾估计值(均值197.4′)与实测值(均值197.4′)相符。

同时，纵倾估计值(均值-76.3′)与实测值(均值-76.3′)相符(图略)。

(2)第2次仿真验证(图略)。横倾估计值(均值205.4′)比实测值(均值205.5′)小0.1′；纵倾估计值(均值-59.9′)比实测值(均值-59.6′)小0.3′；航向角估计值(均值4.390 0°)比实测值(均值4.360 0°)大1.8′。

由减震器参数含义，以及上述的试验可以确定减震器的比例系数是呈线性的。

3 试验验证

为进一步验证调整方法的可行性，需要多次试验；通过相关试验总结分析其优缺点，优化试验方法，使其试验调整方法满足使用要求。经过数十次试验改进，该参数调整方法完全满足使用要求。

不同姿态减震器倾角参数设置如表2所示。通过设置不同姿态减震器倾角参数，可以在惯导系统获得相应的输出姿态。姿态估计值误差为姿态估计值减去实测值，则上述实验的纵、横倾角参数调整误差如表3所示。

表2 不同姿态减震器倾角参数设置 ′

表3 姿态估计值误差 ′

从表3可以看出，纵、横倾角参数调整方法估计的姿态误差很小。航向角误差相对大的原因可能是开机时间不长，系统没有完全稳定。为了同时验证纵、横倾角参数调整方法，减震器全部参数同时进行纵、横倾角补偿，使其等效减震器参数全零。纵倾估计值(均值-55.9′)比实测值(均值-56.0′)大0.1′；航向角估计值(均值7.379 3°)比实测值(均值7.404 7°)小1.5′。

纵、横倾角参数调整方法，先后在低头、右倾和抬头、左倾2种情况下，推测了减震器全部参数，使其等效参数全零。2次减震器全零等效参数设置如表4所示。

表4 全零等效参数

将表4减震器全零等效参数的输出与惯导系统实测值相比，其调整后的残余误差计算如表5所示。

从表5可以看出，减震器参数的纵、横倾角参数调整后误差很小，符合系统使用精度要求。

表5 调整后的残余误差 ′

4 结束语

使用上述方法对减震器参数进行重新调整标定，惯导输出结果性能稳定良好，满足技术等级要求，并通过检验验收。目前多套惯导系统已经使用了该技术并且工作数年技术状态良好。