《陀螺儀測向的原理》課件

《陀螺儀測向的原理》課程目標(biāo)了解陀螺儀的基本概念和工作原理掌握陀螺儀在不同應(yīng)用場景中的應(yīng)用理解不同類型陀螺儀的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域什么是陀螺儀旋轉(zhuǎn)的物體陀螺儀是一種利用旋轉(zhuǎn)物體慣性來測量角度或方向的裝置保持方向陀螺儀可以保持其旋轉(zhuǎn)軸的方向，即使外部環(huán)境發(fā)生變化廣泛應(yīng)用應(yīng)用于導(dǎo)航、航空、航天、軍事等多個領(lǐng)域陀螺儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子：高速旋轉(zhuǎn)的中心部件，提供慣性力軸承：支撐轉(zhuǎn)子，使其能夠自由旋轉(zhuǎn)框架：固定軸承和轉(zhuǎn)子，構(gòu)成陀螺儀的整體結(jié)構(gòu)傳感器：測量轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度和速度陀螺儀的基本工作原理高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸保持方向不變利用傳感器測量轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度或速度根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)確定方向或角度陀螺儀的穩(wěn)定性1角動量守恒高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子具有較大的角動量2慣性作用角動量守恒定律，使得轉(zhuǎn)子能夠抵抗外力改變其旋轉(zhuǎn)方向3穩(wěn)定性高陀螺儀具有很高的穩(wěn)定性，能夠精確測量方向或角度陀螺儀的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)：陀螺儀轉(zhuǎn)子繞自身軸的旋轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)：陀螺儀框架繞某個軸線的旋轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)相互影響，影響陀螺儀的測向精度陀螺儀的三個自由度橫滾繞縱軸旋轉(zhuǎn)俯仰繞橫軸旋轉(zhuǎn)偏航繞垂直軸旋轉(zhuǎn)靜態(tài)環(huán)境下陀螺儀的平衡狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)陀螺儀轉(zhuǎn)子在靜止?fàn)顟B(tài)下，其旋轉(zhuǎn)軸保持水平方向動態(tài)環(huán)境下陀螺儀的受力分析1陀螺儀受到重力、慣性力和空氣阻力的作用2這些力會影響陀螺儀的旋轉(zhuǎn)軸方向，造成誤差3需要進(jìn)行誤差補(bǔ)償和校準(zhǔn)，提高陀螺儀的測向精度陀螺儀的測向原理1方向保持陀螺儀轉(zhuǎn)子保持其旋轉(zhuǎn)軸方向不變2角度測量傳感器測量轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度，確定方向3測向功能陀螺儀可以用于測量方向，例如導(dǎo)航系統(tǒng)陀螺儀的測角原理陀螺儀轉(zhuǎn)子繞自身軸旋轉(zhuǎn)傳感器測量轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度，確定被測對象的旋轉(zhuǎn)角度應(yīng)用于角度測量，例如飛機(jī)姿態(tài)控制陀螺儀的安裝方法水平安裝：陀螺儀轉(zhuǎn)子軸水平，用于測量方向垂直安裝：陀螺儀轉(zhuǎn)子軸垂直，用于測量角度安裝位置和方式影響陀螺儀的性能和精度陀螺儀的校準(zhǔn)方法1靜止校準(zhǔn)將陀螺儀放置在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行校準(zhǔn)2動態(tài)校準(zhǔn)在運(yùn)動狀態(tài)下進(jìn)行校準(zhǔn)，例如旋轉(zhuǎn)或振動3自適應(yīng)校準(zhǔn)根據(jù)環(huán)境變化實(shí)時進(jìn)行校準(zhǔn)陀螺儀的誤差分析漂移誤差陀螺儀轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸方向緩慢變化的誤差零偏誤差陀螺儀靜止時，傳感器輸出非零值的誤差隨機(jī)誤差由于各種因素造成的隨機(jī)誤差陀螺儀的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)高精度、穩(wěn)定性好、不受磁場影響缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、易受振動影響光學(xué)陀螺儀的工作原理1利用光在旋轉(zhuǎn)物體中傳播路徑的變化來測量角度2光束在環(huán)形路徑中傳播，并被分割成兩束光3根據(jù)兩束光之間的相位差，計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度光學(xué)陀螺儀的特點(diǎn)1高精度比傳統(tǒng)陀螺儀精度更高，可以測量更小的角度變化2無磨損沒有機(jī)械部件，無需潤滑，壽命更長3體積小尺寸更小，重量更輕，便于集成光學(xué)陀螺儀的應(yīng)用領(lǐng)域1航空飛機(jī)姿態(tài)控制、導(dǎo)航系統(tǒng)2航天衛(wèi)星姿態(tài)控制、軌道測定3軍事導(dǎo)彈制導(dǎo)、武器穩(wěn)定系統(tǒng)微機(jī)械陀螺儀的工作原理利用微型機(jī)械結(jié)構(gòu)來模擬陀螺儀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動微型振動梁被激勵振動，通過測量振動頻率的變化來測量角度微機(jī)械陀螺儀的特點(diǎn)成本低體積小功耗低集成度高微機(jī)械陀螺儀的應(yīng)用領(lǐng)域智能手機(jī)用于手機(jī)導(dǎo)航、游戲、AR/VR應(yīng)用無人機(jī)用于無人機(jī)姿態(tài)控制、導(dǎo)航系統(tǒng)汽車用于車輛穩(wěn)定性控制、駕駛輔助系統(tǒng)剛性體陀螺儀的工作原理固體旋轉(zhuǎn)利用固體旋轉(zhuǎn)的慣性力來測量角度高頻振動固體以高頻振動，并通過測量振動方向的變化來確定角度剛性體陀螺儀的特點(diǎn)高靈敏度對角度變化非常敏感，可以測量微小的角度變化低噪聲噪聲水平低，可以獲得更精確的測量結(jié)果剛性體陀螺儀的應(yīng)用領(lǐng)域1精密測量用于地震監(jiān)測、重力測量、慣性導(dǎo)航2科學(xué)研究用于物理、化學(xué)、生物等領(lǐng)域的精密測量激光陀螺儀的工作原理1利用激光干涉原理來測量角度2激光束在環(huán)形路徑中傳播，并被分割成兩束光3根據(jù)兩束光之間的相位差，計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度激光陀螺儀的特點(diǎn)高精度穩(wěn)定性好抗干擾能力強(qiáng)壽命長激光陀螺儀的應(yīng)用領(lǐng)域軍用飛機(jī)用于飛機(jī)導(dǎo)航、姿態(tài)控制導(dǎo)彈用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、慣性導(dǎo)航衛(wèi)星用于衛(wèi)星姿態(tài)控制、軌道測定未來發(fā)展趨勢1小型化陀螺儀尺寸更小，便于集成到各種設(shè)備2智能化陀螺儀功能更強(qiáng)大，可以進(jìn)行更復(fù)雜的計(jì)算和分