Schnelligkeitsoptimales Ausrichten von Trägheitsplattformen

Übersicht

Das selbsttätige Ausrichten von Trägheitsplattformen dauert mit den herkömmlichen Verfahren ungefähr 10 Minuten. Da andererseits die Plattformträger wie Schiffe, Flugzeuge oder Raketen oft schon innerhalb weniger Minuten startklar sein müssen, besteht an einer Verringerung der Einstellzeit großes Interesse. Es werden daher die Möglichkeiten einer zeitoptimalen Regelung des Ausrichtvorgangs untersucht. An Hand der grundsätzlichen Funktionsweise einer Trägheitsplattform und ihres Ausrichtregelkreises wird ein mathematisches Modell für den Ausrichtvorgang hergeleitet. Die in diesem System auftretenden Steuermomente werden nach dem Maximumprinzip von Pontrjagin mit Hilfe des Neustadtschen Iterationsverfahrens zeitoptimal bestimmt. Infolge des hierbei erforderlichen, großen Rechenaufwands wird jedoch zu einer suboptimalen Zweipunktsteuerung der Plattformfehlwinkel übergegangen. Die dadurch bedingte, geringfügige Verlängerung der Einstellzeit wird gegenüber der Optimalzeit abgeschätzt. Den gesuchten, zeitsuboptimalen Ausrichtregelkreis erhält man schließlich, indem man das Syntheseproblem mit Hilfe eines Minimalbeobachters löst. Das vorgeschlagene Regelsystem bewirkt eine beträchtliche Verkürzung der Einstellzeit bis zu einem zwanzigstel der bisher üblichen Zeiten, ohne daß dabei eine Verschlechterung der statischen Ausrichtgenauigkeit auftritt.

Summary

Time-optimal self-alignment methods for inertial platforms are investigated. A mathematical model of the alignment mechanism is derived by the basic operation modes of stable platforms and of their alignment. The control torques of this system are time-optimally determined by Neustadt's iteration technique based on the maximum principle of Pontrjagin. Because of the considerable amount of computational work a suboptimal bang-bang control of the misalignment angles is proposed. The increase of alignment time is estimated and compared to the optimal time. It turns out to be small. The desired closed loop control for alignment is constructed by means of a minimal observer. The proposed control loop yields an essentially reduced alignment time which is about the twentieth part of the times for present platforms without loss of steady-state alignment accuracy.