第6章陀螺儀漂移及測試-課件

第六章陀

螺

儀

的

測

試

與

標(biāo)

定10/21/20231§6.1

陀螺漂移的基本概念—

自由陀螺的漂移由于各種原因，在陀螺上往往作用有人們所不希望的各種干擾力矩，在這些可能是很小的干擾力

矩的作用下，陀螺將產(chǎn)生進動，從而使角動量向量慢慢偏離原來的方向，我們把這種現(xiàn)象稱為陀螺的漂移。把在干擾力矩作用下陀螺產(chǎn)生的進動角速度稱為陀螺的漂移角速度或角速率。10/21/20232§6.1

陀螺漂移的基本概念工程實際中的陀螺儀與陀螺儀模型有所差別，這

種差別的表現(xiàn)就是干擾力矩的存在，干擾力矩破壞了陀螺儀的定軸性，使陀螺儀的角動量向量在慣性空間中發(fā)生了變化，包括其大小和方向。—

自由陀螺的漂移10/21/20233§6.1

陀螺漂移的基本概念二 單自由度浮子陀螺的漂移當(dāng)沿著陀螺輸入軸的角速度等于什么數(shù)值時，才能使一個閉環(huán)系統(tǒng)中實際使用的陀螺儀的信號器輸出為零。這個角速度的大小稱為單自由度浮子陀螺的漂移角速度。信號器力矩器IAOASA放大器10/21/20234§6.1

陀螺漂移的基本概念，對伺服狀態(tài)的雙自由度陀螺，其內(nèi)環(huán)軸和外

環(huán)軸分別既是

IA又是OA都有信號器和力矩器，且交叉連接，構(gòu)成兩個閉環(huán)回路。可以用兩個力矩器的電流分別表示沿兩根軸的漂移角速度。假定陀螺在工作過程中力矩軸是正交的，總漂移角速度為：三 雙自由度浮子陀螺的漂移加矩電流加矩電流內(nèi)環(huán)軸外環(huán)軸10/21/20235§6.2

影響陀螺漂移的主要因素陀螺漂移產(chǎn)生的原因是作用在陀螺上的干擾力矩根據(jù)干擾力矩的性質(zhì)及其變化規(guī)律，干擾力矩可以分為兩類：確定性干擾力矩有規(guī)律、可試驗或計算確定，易于

補償。隨機性干擾力矩?zé)o規(guī)律性。引起陀螺的隨機漂移，只能用統(tǒng)計方法來估計其概率統(tǒng)計特性。10/21/20236§6.2

影響陀螺漂移的主要因素對于確定性干擾力矩，根據(jù)其與加速度的分為：與加速度無關(guān)的干擾力矩，例如彈性力矩、電磁力矩等。與加速度成比例的干擾力矩，例如由于陀螺質(zhì)量偏心引起的干擾力矩。與加速度平方成比例的干擾力矩，例如由非等彈性引起的干擾力矩。10/21/20237§6.2

影響陀螺漂移的主要因素干擾力矩的分類及其所產(chǎn)生的陀螺漂移摩擦力矩及其引起的漂移不平衡力矩及其引起的漂移非等彈性力矩及其引起的漂移10/21/20238§6.3

陀螺測試的伺服跟蹤法前置放大器力矩器陀螺轉(zhuǎn)子信號器解調(diào)校正記錄功放轉(zhuǎn)臺驅(qū)動電機角度輸出時基—

伺服跟蹤法的基本原理10/21/20239—

伺服跟蹤法的基本原理§6.3

陀螺測試的伺服跟蹤法10/21/202310§6.3

陀螺測試的伺服跟蹤法—

伺服跟蹤法的基本原理單自由度陀螺的單軸轉(zhuǎn)臺測漂10/21/202311雙自由度陀螺的單軸轉(zhuǎn)臺測漂—

伺服跟蹤法的基本原理§6.3

陀螺測試的伺服跟蹤法10/21/202312§6.3

陀螺測試的伺服跟蹤法二 伺服跟蹤法的測速方法精確定位定向，即陀螺輸入軸與轉(zhuǎn)臺軸平行，并且要使

轉(zhuǎn)臺在地理坐標(biāo)系中精確定向。精確地測出轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速。10/21/202313二

伺服跟蹤法的測速方法首先在一段時間間隔內(nèi)，觀測轉(zhuǎn)臺相對地球的轉(zhuǎn)角，然后根

據(jù)地球自轉(zhuǎn)角速度沿轉(zhuǎn)臺方向的分量通過計算求得在這段時間內(nèi)地球相對慣性空間的轉(zhuǎn)角得到在同一時間間隔內(nèi)轉(zhuǎn)臺相對慣性空間的轉(zhuǎn)角用時間間隔相除，即得到陀螺的漂移角速度§6.3

陀螺測試的伺服跟蹤法10/21/202314§6.3

陀螺測試的伺服跟蹤法三 伺服跟蹤法的轉(zhuǎn)臺軸的取向1.

輸入軸在水平面內(nèi)沿東西方向輸入軸與地球自轉(zhuǎn)軸平行輸入軸沿當(dāng)?shù)卮咕€方向10/21/202315§6.4

陀螺測試的力矩反饋法—

力矩反饋法法的原理記 錄裝置放大器加矩電流力矩器信號器IAOASA10/21/202316§6.4

陀螺測試的力矩反饋法—

力矩反饋法法的原理力矩反饋法采用的是力矩平衡的靜力學(xué)方法。必須測量系統(tǒng)穩(wěn)定后各參數(shù)的數(shù)值，對系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定有較高要求。電流記錄裝置必須具有足夠分辨力和精度。對力矩器刻度因子的穩(wěn)定性和線性度要求很高。力矩反饋法得到的是陀螺的瞬時漂移。10/21/202317雙自由度陀螺的力矩反饋法測漂§6.4

陀螺測試的力矩反饋法—

力矩反饋法法的原理10/21/202318§6.4

陀螺測試的力矩反饋法zx二 力矩反饋法法中陀螺相對地理坐標(biāo)系的取向陀螺相對地理坐標(biāo)系的位置需借助轉(zhuǎn)臺陀螺輸入軸沿當(dāng)?shù)厍按咕€方向yolzlymg10/21/202319§6.4

陀螺測試的力矩反饋法ylzo二 力矩反饋法法中陀螺相對地理坐標(biāo)系的取向陀螺相對地理坐標(biāo)系的位置需借助轉(zhuǎn)臺2．陀螺輸出軸沿當(dāng)?shù)劂U垂線方向xNzKly10/21/202320§6.4

陀螺測試的力矩反饋法二 力矩反饋法法中陀螺相對地理坐標(biāo)系的取向陀螺相對地理坐標(biāo)系的位置需借助轉(zhuǎn)臺3．陀螺自轉(zhuǎn)軸沿當(dāng)?shù)劂U垂線方向zxlyyoNK10/21/202321§6.5

陀螺漂移的數(shù)學(xué)模型陀螺漂移的數(shù)學(xué)模型是指描述陀螺漂移變化規(guī)

律的數(shù)學(xué)表達式。在建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，漂移測試和數(shù)據(jù)處理的目的就轉(zhuǎn)化為確定模型中參數(shù)的大小及其穩(wěn)定性，分析這些參數(shù)與物理因素間的關(guān)系，從而找到改進陀螺性能的方向和途徑，并為陀螺的使用提供依據(jù)。10/21/202322漂移角速度包括三個基本分量，即與加速度無關(guān)

的分量、正比于加速度的分量和正比于加速度平方的分量:§6.5

陀螺漂移的數(shù)學(xué)模型一般說：漂移角速度包括與比力無關(guān)的分量，正比于比力的分量和正比于比力平方的分量。10/21/202323§6.5

陀螺漂移的數(shù)學(xué)模型陀螺漂移的純數(shù)學(xué)模型:10/21/202324陀螺漂移的物理模型§6.5

陀螺漂移的數(shù)學(xué)模型10/21/202325普遍采用的陀螺誤差模型§6.5

陀螺漂移的數(shù)學(xué)模型10/21/202326模型只能近似地反映陀螺漂移的特性。隨著制造工藝和試驗手段的不斷改進，精度的不斷提高，誤差模型將不斷地發(fā)展和完善。不能認為現(xiàn)在采用的任意一種模型是完全精確的。使用模型時，要根據(jù)實際需要（主要是對精度的要求）和測試條件的可能性，保留起主要作用的項，忽略某些次要項，簡化測試過程，提高測試效率。§6.5

陀螺漂移的數(shù)學(xué)模型10/21/202327§6.6

陀螺漂移系數(shù)的確定10/21/202328§6.6

陀螺漂移系數(shù)的確定從陀螺漂移模型出發(fā)，利用力矩反饋法來確定陀

螺漂移系數(shù)的方法——固定位置法。固定位置法是將安裝陀螺的轉(zhuǎn)臺固定在某一位置，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，讀取力矩器的電流值。位置1

：輸出軸

x

鉛直向上，輸入軸

y

向北，自轉(zhuǎn)軸z

向西yxz10/21/202329§6.6

陀螺漂移系數(shù)的確定從陀螺漂移模型出發(fā)，利用力矩反饋法來確定陀

螺漂移系數(shù)的方法——固定位置法。固定位置法是將安裝陀螺的轉(zhuǎn)臺固定在某一位置，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，讀取力矩器的電流值。位置2 ：輸出軸

x

鉛直向上，輸入軸

y

向南，自轉(zhuǎn)軸

z

向東xzy10/21/202330§6.6

陀螺漂移系數(shù)的確定yxz從陀螺漂移模型出發(fā)，利用力矩反饋法來確定陀螺漂移系數(shù)的方法——固定位置法。固定位置法是將安裝陀螺的轉(zhuǎn)臺固定在某一位置，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，讀取力矩器的電流值。位置3

：

輸出軸

x

向西，輸入軸

y

鉛直向上，自轉(zhuǎn)軸

z向北10/21/202331§6.6

陀螺漂移系數(shù)的確定從陀螺漂移模型出發(fā)，利用力矩反饋法來確定陀

螺漂移系數(shù)的方法——固定位置法。固定位置法是將安裝陀螺的轉(zhuǎn)臺固定在某一位置，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，讀取力矩器的電流值。位置4：

輸出軸

x

向西，輸入軸

y

鉛直向下，自轉(zhuǎn)軸

z

向yxz10/21/202332§6.6

陀螺漂移系數(shù)的確定從陀螺漂移模型出發(fā)，利用力矩反饋法來確定陀

螺漂移系數(shù)的方法——固定位置法。固定位置法是將安裝陀螺的轉(zhuǎn)臺固定在某一位置，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，讀取力矩器的電流值。位置5：

輸出軸

x

向西，輸入軸

y

向北，自轉(zhuǎn)軸

z

鉛直向下yxz10/21/202333§6.6

陀螺漂移系數(shù)的確定從陀螺漂移模型出發(fā)，利用力矩反饋法來確定陀

螺漂移系數(shù)的方法——固定位置法。固定位置法是將安裝陀螺的轉(zhuǎn)臺固定在某一位置，待

系統(tǒng)穩(wěn)定后，讀取力矩器的電流值。位置6 ：輸出軸

x

向西，輸入軸

y

向南，自轉(zhuǎn)軸

z

鉛直向上zxy10/21/202334§6.6

陀螺漂移系數(shù)的確定從陀螺漂移模型出發(fā)，利用力矩反饋法來確定陀螺漂移系數(shù)的方法——固定位置法。固定位置法是將安裝陀螺的轉(zhuǎn)臺固定在某一位置，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，讀取力矩器的電流值。位置7：輸出軸

x

鉛直向下，輸入軸

y

向北，自轉(zhuǎn)軸

z

向東yzx10/21/202335§6.6

陀螺漂移系數(shù)的確定yx從陀螺漂移模型出發(fā)，利用力矩反饋法來確定陀螺漂移系數(shù)的方法——固定位置法。固定位置法是將安裝陀螺的轉(zhuǎn)臺固定在某一位置，待

系統(tǒng)穩(wěn)定后，讀取力矩器的電流值。位置8：輸出軸

x

鉛直向下，輸入軸

y

向南，自轉(zhuǎn)軸

z

向

西z10/21/202336通常很小，因此可簡單分析時，由于得到：輸出軸向上時（第1、2兩位置）：輸出軸向下時（第7、8兩位置）：§6.6

陀螺漂移系數(shù)的確定10/21/202337當(dāng)陀螺的輸出軸存在端隙及力矩器設(shè)計不當(dāng)時：實際使用時必須注意！通常?。骸?.6

陀螺漂移系數(shù)的確定10/21/202338§6.6

陀螺漂移系數(shù)的確定由輸入軸向上和向下兩個位置可以得到輸入軸向上時（第3位置）：輸入軸向下時（第4位置）：10/21/202339由自轉(zhuǎn)軸向上和向下兩個位置可以得到自轉(zhuǎn)軸向下時（第5位置）：自轉(zhuǎn)軸向上時（第6位置）：§6.6

陀螺漂移系數(shù)的確定10/21/202340如果實際上需要考慮那些較小的系數(shù)，則對八位置的數(shù)據(jù)

進一步分析，得到：由

1、2、7、8位置得到：§6.6

陀螺漂移系數(shù)的確定10/21/202341§6.6

陀螺漂移系數(shù)的確定如果實際上需要考慮那些較小的系數(shù)，則對八位置的數(shù)據(jù)

進一步分析，得到：由

3、4位置得到：10/21/202342§6.6

陀螺漂移系數(shù)的確定如果實際上需要考慮那些較小的系數(shù)，則對八位置的數(shù)據(jù)

進一步分析，得到：由

5、6位置得到：10/21/202343§6.7

陀螺測試與標(biāo)定的說明測試與標(biāo)定的目的考核環(huán)境適用性和生產(chǎn)制造質(zhì)量評估設(shè)計指標(biāo)，用于設(shè)計改進驗證性能、摸索運動規(guī)律評估壽命、存儲等基本性能其它特殊需求10/21/202344二 測試與標(biāo)定的過程粗查/粗檢：檢查元件是否滿足設(shè)計/制造預(yù)期。靜態(tài)測試/標(biāo)定：采用多位置實驗，測試主要性能參數(shù)。動態(tài)測試：驗證元件角運動或線加速度運動下的性能。產(chǎn)品開發(fā)過程中的其它測試§6.7

陀螺測試與標(biāo)定的說明10/21/202345§6.7

陀螺測試與標(biāo)定的說明三 測試與標(biāo)定設(shè)備要求專業(yè)性強、精度要求高、造價高、環(huán)境要求比較嚴格。需要定期檢驗、檢驗設(shè)備要求高

數(shù)據(jù)記錄與處理設(shè)備要求較高，通常采用計算機實現(xiàn)

數(shù)據(jù)的記錄與實驗設(shè)