北京航空航天大學(xué)自動化學(xué)院導(dǎo)航專業(yè)慣性技術(shù)實驗報告

1、成 績 陀螺儀理論及應(yīng)用實驗報告 院（系）名稱自動化科學(xué)與電氣工程學(xué)院 專業(yè)名稱自動化 學(xué)生學(xué)號xxxxxxx 學(xué)生姓名xxx 指導(dǎo)教師2015年6月1實驗一 陀螺儀基本特性試驗一、 實驗?zāi)康?. 用實驗的方法觀察并驗證陀螺儀的基本特性定軸性，進動性和陀螺力矩效應(yīng)。2. 學(xué)習(xí)使用陀螺實驗用主要設(shè)備轉(zhuǎn)臺。3. 利用線性回歸方法進行數(shù)據(jù)處理。二、 實驗設(shè)備1. TZS-74陀螺儀表綜合試驗轉(zhuǎn)臺。2. 雙自由度陀螺儀。3. 砝碼。4. 實驗用電源：交流 220V，50（轉(zhuǎn)臺用）36V，400三相電源。三、 實驗內(nèi)容和步驟（一）定軸性實驗1. 陀螺馬達不轉(zhuǎn)時，開動轉(zhuǎn)臺，觀察陀螺儀是否有定軸性。2. 接

2、通電源，幾下陀螺轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速方向，開動轉(zhuǎn)臺觀察轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時陀螺儀的定軸性。（二） 進動性實驗1. 外加力矩，觀察進動現(xiàn)象。根據(jù)進動規(guī)律判斷角動量H的方向，并和上面記下的轉(zhuǎn)速方向做一比較。2. 測量進動角速度和外加力矩的關(guān)系：（1）在加力桿的前后標(biāo)尺上分別加不同重量的砝碼，記錄進動的角度與實踐，列表并計算出對應(yīng)于每一外加力矩的進動角速度值，畫出實驗曲線。（2）根據(jù)進動規(guī)律（）計算出對應(yīng)于每一外加力矩的進動角速度，畫出理論曲線。（3） 將實驗曲線與理論曲線進行比較并說明產(chǎn)生誤差的原因。（4）用線性回歸的方法進行數(shù)據(jù)處理，并通過求回歸系數(shù)的方法求出角動量H的值。3. 測量進動角速度和角動量的關(guān)系在同一外

3、力矩作用下，測量陀螺馬達在額定轉(zhuǎn)速下和斷電一分鐘后的進動角速度（斷電一分鐘后馬達轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速）。根據(jù)實驗結(jié)果說明進動角速度和角動量的關(guān)系。（三） 陀螺力矩實驗1. 開動轉(zhuǎn)臺，使雙自由度陀螺儀基座轉(zhuǎn)動，觀察有無陀螺力矩效應(yīng)，并說明原因。2. 觀察雙自由度陀螺儀在進動時的陀螺力矩效應(yīng)。用手對內(nèi)框架加力矩，用手的感覺來測量陀螺力矩的大小和方向。說明陀螺力矩產(chǎn)生的原因。3. 擰緊固定外框架的螺釘。用手對內(nèi)框架加力矩。觀察此時轉(zhuǎn)子軸的運動方向。用手感覺此時對手是否有陀螺力矩作用，加以分析。4. 測量陀螺力矩和進動角速度的關(guān)系：為了達到測量陀螺力矩的目的，我們擰緊固定外框架的螺釘，是陀螺儀成為單自由度

4、陀螺儀。然后打開轉(zhuǎn)臺，是陀螺已跟隨著基座以相同的角速度進動，這是在內(nèi)框軸上就受到一個陀螺力矩，我們在加力桿上加砝碼，便可在內(nèi)框架軸上施加重力力矩來平衡陀螺力矩。（1）轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，測量轉(zhuǎn)臺的角度和時間，并同時在加力桿上加砝碼平衡陀螺力矩。列表計算出陀螺力矩與進動角度的關(guān)系，并畫出試驗曲線。（2） 根據(jù)陀螺力矩公式計算陀螺力矩與進動角速度的關(guān)系，并列表畫出理論曲線。（3） 將試驗曲線與理論曲線進行比較，并說明產(chǎn)生誤差的原因。（四）觀察章動現(xiàn)象1. 用手在雙自由度陀螺儀上施加沖擊力矩，觀察并記錄章動現(xiàn)象。2. 關(guān)閉陀螺馬達電源，等陀螺馬達轉(zhuǎn)速降低及停轉(zhuǎn)后再用手在陀螺儀上施加陀螺力矩，觀察并記錄陀螺儀的

5、運動情況。四、 實驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)記錄進動角速度和外加力矩的關(guān)系砝碼m/g力臂/mm時間t/s起始角終止角10825.831032710825.825026510826.117018610825.522023210825112220823120135陀螺力矩和進動角速度的關(guān)系砝碼m/g力臂l/mm角速度°/s508012.4509514.45010515.720804.6201005.7201206.6五、 數(shù)據(jù)處理1. 進動角速度和外加力矩的關(guān)系角速度與力矩的關(guān)系為：又已知：則有：2. 陀螺力矩和進動角速度的關(guān)系 力矩與角速度關(guān)系為：又已知： 則有：六、 誤差分析誤差主要出現(xiàn)在測量上。

6、例如在陀螺力矩和進動角速度的關(guān)系實驗中，很難保持尺子水平，只能近似。在進動角速度與外加力矩關(guān)系實驗中，讀數(shù)會有較大誤差。其次，誤差出現(xiàn)在實驗儀器上，比如由于陀螺電機已經(jīng)老舊了，在額定電壓下的陀螺轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速有一定差距等。實驗二 角速度傳感器靜態(tài)特性實驗一、 實驗?zāi)康臏y量角速度傳感器的靜態(tài)特性，并求取儀表的主要靜態(tài)參數(shù)。二、 實驗設(shè)備1. TZS-74陀螺儀表綜合試驗轉(zhuǎn)臺。2. 角速度傳感器實驗器。3. 數(shù)字繁用表。4. 實驗用電源：交流 220V，50（轉(zhuǎn)臺用）36V，400三相電源。三、 實驗線路四、實驗步驟 1. 將儀表安裝在實驗轉(zhuǎn)臺上，注意使儀表的測量軸與轉(zhuǎn)臺軸一致。 2. 檢查線路后

7、，接通電源。調(diào)整0位輸出，調(diào)到最小時，記下0位輸出信號。 3. 將轉(zhuǎn)臺調(diào)制所需要的轉(zhuǎn)速，測量輸出電壓，并記錄。 4. 改變轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)方向，調(diào)整轉(zhuǎn)速，測量輸出電壓，并記錄。 5. 將所測得的數(shù)據(jù)填入表中，并根據(jù)表格數(shù)據(jù)作曲線。 6. 用線性回歸的方法進行數(shù)據(jù)處理，求出角速度傳感器的輸出電壓V對輸入角速度w的回歸方程和繪制曲線，并通過求出回歸系數(shù)的方法求出該儀表的靜態(tài)方法系數(shù)和零位電壓。 7. 將儀表的測量軸傾斜30°，再前述方法做一遍，并將這組數(shù)據(jù)與前組數(shù)據(jù)一同作曲線并加以比較。五、 數(shù)據(jù)處理順時針轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速51015202530輸出電壓/v1.533.154.456.317.789.3

8、3逆時針轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速51015202530輸出電壓/v-2.26-3.68-5.38-6.87-8.55-10.25傾斜30°轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速51015202530輸出電壓/v0.9782.383.865.336.488.02由圖可知，儀表的正方向靜態(tài)放大系數(shù)為0.3129，零位電壓為-0.05v反方向的靜態(tài)放大系數(shù)為-0.3203，零位電壓為-0.56傾斜30°時，靜態(tài)放大系數(shù)變小，零位電壓絕對值也減小六、 誤差分析誤差主要出現(xiàn)在測量上。儀器本身的條件和我們的人為操作過程都存在誤差.實驗三 角速度傳感器動態(tài)特性實驗一、 實驗?zāi)康臏y量角速度傳感器的動態(tài)特性，并求取儀表的主要動態(tài)參數(shù)。二

9、、 實驗設(shè)備1. TZS-65陀螺儀試驗轉(zhuǎn)臺。2. 角速度傳感器。3. 雙線筆錄儀。4. 數(shù)字萬用表。5. 頻率響應(yīng)臺6. 直流穩(wěn)壓電源。7. 馬達用電源36v400三、 實驗線路四、 實驗步驟（一）將被測陀螺角速度傳感器3，安裝在旋轉(zhuǎn)板2上、旋轉(zhuǎn)板2與轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)平臺1是同軸的，兩者之間具有一定的摩擦。當(dāng)轉(zhuǎn)臺以一定的角速度旋轉(zhuǎn)時，兩者之間具有一定的摩擦。當(dāng)轉(zhuǎn)臺以一定的角速度旋轉(zhuǎn)時，由于平臺的中心軸與旋轉(zhuǎn)板2之間的摩擦力矩作用，帶動旋轉(zhuǎn)板2及與其固定的被測儀表儀器旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)板與被測儀表突然停止轉(zhuǎn)動時，這相當(dāng)于給被測儀表輸入一個階躍的變化。1. 將轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速調(diào)至6°/秒。打開記錄儀記錄

10、開關(guān)。2. 將旋轉(zhuǎn)板2調(diào)至離擋塊大約120°左右，開動轉(zhuǎn)臺。3. 當(dāng)旋轉(zhuǎn)板距離擋塊4約30°50°時，按動記錄儀上的走紙速度按鍵（50mm/秒）。4. 旋轉(zhuǎn)板和被測儀表突然停止時，記錄儀的筆，將把儀表的過渡過程曲線記錄下來。5. 當(dāng)過渡過程結(jié)束后，按下記錄儀上停止按鍵，同時將轉(zhuǎn)臺停止。（二）根據(jù)記錄的曲線。按照附錄所介紹的計算方法，計算出被測儀表的主要動態(tài)參數(shù)。五、 實驗結(jié)果 中計算機采集到的數(shù)據(jù)圖如下實驗四 地平儀實驗一、 實驗?zāi)康?. 了解陀螺地平儀的結(jié)構(gòu)和作用原理，重點是修正系統(tǒng)的組成，元部件的安裝位置及其修正特性。2. 利用實驗室的條件，測量地平儀的準(zhǔn)備時

11、間及修正速度。3. 利用x-y記錄儀，記錄并描繪垂直陀螺修正軌跡，并作必要的分析。二、 實驗設(shè)備1. TC-34垂直陀螺一臺。2. BDP-4陀螺地平儀一臺。3. 垂直陀螺實驗控制盒一個。4. X-y記錄儀一臺。5. 數(shù)字式電壓表一臺。6. 秒表一塊。7. 直流穩(wěn)壓電源一臺。三、 實驗內(nèi)容及步驟（一）記錄并描繪TC-3垂直陀螺修正軌跡曲線。1. 用電纜將TC-3垂直陀螺和實驗控制盒連接起來與實驗桌上的電源連接起來。將控制盒上標(biāo)有27V-的接線柱與直流穩(wěn)壓電源連接。2. 打開直流穩(wěn)壓電源開關(guān)，并將直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓調(diào)整為27V。3. 將控制盒上“傾斜”和“俯仰”接線柱與X-Y記錄儀用導(dǎo)線連接

12、。4. 檢查以上線路接好后，接通36V400Hz馬達電源同時按下秒表，待陀螺儀指針指向“0”位。記錄儀表的啟動時間。5. 用手分別在內(nèi)環(huán)或外環(huán)上對陀螺儀施加力矩，是轉(zhuǎn)子軸偏離地重線15°20°，按下秒表并打開X-Y記錄儀，記錄地平儀修正回“0”點的曲線，記下修正時間。6. 用以上方法，使陀螺在傾斜的“左”，“右”，和俯仰的“上”，“下”四個方向，偏離垂線位置。記錄儀表修正到“0”位的曲線，并記錄修正時間。7. 根據(jù)修正曲線，分析儀表的修正特性。（二）了解BDP-4地平儀的結(jié)構(gòu)和工作原理。1. 接通控制面板上的電源開關(guān)，使地平儀進入工作狀態(tài)，觀察地平儀是如何工作的，來指示地垂

13、線的。2. 了解BDP-4地平表和其他的地平表的區(qū)別，從而熟悉分離式地平表（垂直陀螺和指示器）的優(yōu)點和缺點。3. 打開未通電的地平儀的殼子，仔細觀察其結(jié)構(gòu)特點，并認識垂直陀螺各主要部件的名稱和所在位置。4. 仔細觀察鎖緊機構(gòu)是怎樣工作的。5. 觀察實驗室所提供的其他地平儀。四、 實驗數(shù)據(jù)實驗時由于誤差較大，多做數(shù)據(jù)意義不大，此處僅作兩組數(shù)據(jù)20°211620°3309五、 誤差分析 實驗儀器較為精密，但實驗室環(huán)境不達標(biāo)，導(dǎo)致儀器有偏差。實驗五 陀螺半羅盤實驗一、 實驗?zāi)康膶ν勇莅肓_盤的運動特性及主要誤差進行研究，以獲得感性知識。二、 實驗設(shè)備1. 兩自由度轉(zhuǎn)動支架。2. 陀

14、螺半羅盤。3. 秒表。4. 電源：236V，400三相電源。三、 實驗內(nèi)容（一）陀螺半羅盤方位漂移的測定1. 將陀螺半羅盤安裝在儀表試驗架上，并正確地按儀表連線圖連線。2. 將儀表試驗架調(diào)至水平，并使陀螺半羅盤外框架軸處于垂直位置。同時用協(xié)調(diào)手柄使儀表的刻度在真實航向上。3. 接通電源，使陀螺儀表工作在正常狀態(tài)（三分鐘）。4. 拉協(xié)調(diào)手柄，使儀表松鎖，同時按下秒表。5. 至方位漂移1度時，記下所需時間t，并記在表格內(nèi)。6. 上鎖儀表，調(diào)至原來起始方位重復(fù)記錄儀表在方位漂移1度的時間，這樣重復(fù)作三次，并將結(jié)果記在表中。7. 依據(jù)實驗結(jié)果，求出陀螺半羅盤對空間的漂移速度。（給定條件是：北京地區(qū)緯度=39°59）（二）傾