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一.實驗?zāi)康?.認(rèn)識三軸慣性平臺的各個組成器件2.討論驗證三軸平臺的工作原理,并對其穩(wěn)定回路及工作過程做出分析二.實驗原理一個雙自由度陀螺有兩個測量軸,可為平臺提供兩個軸的穩(wěn)定基準(zhǔn),而三軸平臺要求陀螺為平臺提供三個軸的穩(wěn)定基準(zhǔn),所以三軸平臺需要兩個雙自由度陀螺。設(shè)兩個陀螺的外環(huán)軸均平行于平臺的方位軸安裝,則內(nèi)環(huán)軸自然平行于平臺平面。在正常工作狀態(tài)下,兩個陀螺的自轉(zhuǎn)軸也平行于平臺臺面,且相互之間保持垂直關(guān)系,即兩個陀螺的內(nèi)環(huán)軸之間也保持垂直關(guān)系。兩個陀螺的內(nèi)環(huán)軸作為平臺繞兩個水平軸穩(wěn)定的基準(zhǔn),而兩個陀螺的外環(huán)軸之一,作為平臺繞方位軸穩(wěn)定的基準(zhǔn)。三.實驗內(nèi)容1.方位穩(wěn)定軸的空間積分狀態(tài)在雙自由度陀螺構(gòu)建的三軸慣性平臺中,平臺的方位穩(wěn)定回路陀螺2外環(huán)軸上的信號器,放大器,平臺方位軸上的穩(wěn)定電機等組成。當(dāng)干擾力矩作用在平臺的方位軸上時,平臺繞方位軸轉(zhuǎn)動偏離原有的方位,而平臺上的陀螺卻具有穩(wěn)定性。這樣,平臺相對陀螺外環(huán)出現(xiàn)了偏轉(zhuǎn)角,陀螺2外環(huán)軸上的信號器必有信號輸出,經(jīng)放大器放大后送至平臺方位軸上的穩(wěn)定電機,方位穩(wěn)定電機輸出穩(wěn)定力矩作用到平臺方位軸上,從而平衡作用在平臺方位軸上的干擾力矩,使平臺繞方位軸保持穩(wěn)定。同樣,給陀螺2內(nèi)環(huán)軸上的力矩器輸入與指令角速度大小成比例的電流,可實現(xiàn)方位穩(wěn)定軸的空間積分要求2.水平穩(wěn)定回路的工作如下圖所示由三個單軸平臺直接疊加的三軸平臺在航向變化時,平臺上的陀螺與穩(wěn)定電機之間的相對位置關(guān)系.圖(a)表示航向為零,即方位環(huán)環(huán)對俯仰環(huán)沒有轉(zhuǎn)角時陀螺與穩(wěn)定電機之間的相對位置關(guān)系,此時的陀螺Ⅱ感受沿橫滾軸(縱向)方向作用到平臺上的干擾力矩,信號器輸出的信號經(jīng)橫滾放大器A.放大后給橫滾軸穩(wěn)定電機,產(chǎn)生縱向穩(wěn)定力矩,使平臺沿縱向(x.軸)保持穩(wěn)定,陀螺I感受沿俯仰軸(橫向)方向作用到平臺上的干擾力矩。經(jīng)信號器.放大器和俯仰軸穩(wěn)定電機,產(chǎn)生沿橫向的穩(wěn)定力矩.使平臺沿橫向保持穩(wěn)定。同樣,若給兩個陀螺的力矩器輸入與指令角速度成比例的電流,平臺也可正常工作在空間積分狀態(tài)。如果飛機航向改變90°,即橫滾環(huán)和俯仰環(huán)隨平臺基座繞方位軸順轉(zhuǎn)90°,而方位環(huán)保持不動(由方位穩(wěn)定回路的工作保證),則平臺臺體及臺面上的陀螺軸向(角動量方向)相對地球坐標(biāo)系的將保持位置不變,如圖(b)所示.圖中,Xr,Ypi軸隨飛機轉(zhuǎn)動了90°.而陀螺I.Ⅱ的角動量方向同原來一樣,在這個新的位置上,要使平臺對作用在橫滾軸和俯仰軸上的干擾作用仍保持穩(wěn)定,陀螺Ⅱ就應(yīng)該與俯仰放大器和俯仰軸穩(wěn)定電機配合工作;而陀螺I應(yīng)該與橫滾放大器.和橫滾軸穩(wěn)定電機配合工作,否則,就會出現(xiàn)不協(xié)調(diào)現(xiàn)象,即橫滾軸上的干擾力矩將引起俯仰軸上的穩(wěn)定電機工作;俯仰軸上的干擾力矩將引起橫滾軸穩(wěn)定電機的工作,這樣,兩個穩(wěn)定軸與穩(wěn)定回路的對應(yīng)工作關(guān)系就被搞亂了.照此分析,即使給兩個陀螺的力矩器加上與指令加速度大小成比例的電流,平臺也無法保證兩個穩(wěn)定軸在空間積分狀態(tài)下正常工作。為了保證這個航向上,兩個穩(wěn)定回路仍能協(xié)調(diào)工作,可將陀螺輸出信號與放大器、穩(wěn)定電機之間的聯(lián)系加以改變,即接成圖(c)所示的形式,然而,當(dāng)航向變化不足90°,而是從0°到90°之間的任一角度時,按照(C)所示的方法(直接換接兩個穩(wěn)定回路的連接方式)仍不能解決問題,只有使兩個陀螺信號器的輸出,經(jīng)過方位坐標(biāo)分解器處理之后,再送至相應(yīng)的放大器和穩(wěn)定電機,才能有效地解決問題。只有這樣,將信號分配給俯仰放大器和橫滾放大器,同時控制兩個穩(wěn)定電機的工作,三軸平臺才能協(xié)調(diào)工作,由于沿方位軸的信號不受航向變化的影響,故不必對此信號進行分配。就實現(xiàn)了平臺的水平穩(wěn)定回路的空間積分狀態(tài)。3.正割分解器如圖所示的是三軸慣性平臺在俯仰環(huán)pi相對橫滾環(huán)r有俯仰角時,各環(huán)架的幾何位置關(guān)系,圖中:橫滾角、俯仰角和方位角是按照橫滾環(huán),俯仰環(huán)和方位環(huán)分別繞各自環(huán)架軸的正向轉(zhuǎn)角來定義相對偏角的;圖中的“-”表示的是俯仰環(huán)pi和方位環(huán)a不動,橫滾環(huán)r繞俯仰穩(wěn)定軸oy負(fù)向相對俯仰環(huán)pi的轉(zhuǎn)角。現(xiàn)以單自由度陀螺組成的三軸平臺為例來分析設(shè)置正割分解器的原由.設(shè)陀螺的輸入軸為平臺橫滾軸的穩(wěn)定測量基準(zhǔn),當(dāng)平臺出現(xiàn)俯仰角時,若沿橫滾軸軸ox有干擾角速度存在,因陀螺輸入軸在平臺水平面內(nèi),僅能敏感平行于輸入軸方向的分量,故陀螺感受的角速度比實際值小,導(dǎo)致陀螺信號器的輸出轉(zhuǎn)角和輸出電壓同步減小,從而使橫滾穩(wěn)定回路的總增益也隨著的增大而減小.特別是當(dāng)=90°時,穩(wěn)定回路的總增益將下降到零,可導(dǎo)致穩(wěn)定回路不能正常各工作,同理,對雙自由度陀螺構(gòu)成的平臺,橫滾環(huán)的轉(zhuǎn)角在平臺臺面上的投影為cos,陀螺信號器的輸出同樣會受到影響,同樣會導(dǎo)致橫滾穩(wěn)定回路總增益的下降,為使平臺在p變化時始終保持橫滾穩(wěn)定回路的總增益不變,須接入正割分解器SR,以抵消cos所起的不良作用。解決穩(wěn)定回路增益不變的根本辦法,是在外橫滾穩(wěn)定回路中乘以sec以抵消上述cos的影響。四.實驗收獲通過具體的平臺實驗,豐富并充分建立了平臺的實體結(jié)構(gòu)和運轉(zhuǎn)工作過程對三軸平臺的組成及工作原
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