動(dòng)力調(diào)諧陀螺儀

1、動(dòng)力調(diào)諧陀螺儀的基本原理、主要特點(diǎn)及應(yīng)用情況張小東2120121057什么是動(dòng)力調(diào)諧陀螺儀q 一種利用撓性支承懸掛陀螺轉(zhuǎn)子，并將陀螺轉(zhuǎn)子與驅(qū)動(dòng)電機(jī)隔開(kāi)，其撓性支承的彈簧力矩由平衡環(huán)產(chǎn)生的動(dòng)力效應(yīng)力矩補(bǔ)償?shù)亩杂啥韧勇荨Ｉ蠄D為國(guó)產(chǎn)高精度動(dòng)力調(diào)諧陀螺儀HT-A3q 轉(zhuǎn)子通過(guò)一對(duì)外扭桿與平衡環(huán)連接，平衡環(huán)通過(guò)一對(duì)內(nèi)扭桿與電機(jī)軸連接。內(nèi)外扭桿具有很大的抗彎剛度和很小的抗扭剛度，所以電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩可通過(guò)內(nèi)、外扭桿傳給陀螺，而轉(zhuǎn)子可繞內(nèi)、外扭桿軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，在赤道平面內(nèi)具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，所以動(dòng)力調(diào)諧陀螺是一種雙自由度陀螺儀?；竟ぷ髟韯?dòng)力調(diào)諧陀螺儀的原理結(jié)構(gòu)圖q 在陀螺殼體上安裝了位置中心對(duì)稱的兩對(duì)信號(hào)器

2、和兩對(duì)力矩器，一軸上的電氣對(duì)稱軸與另一軸上額的電氣對(duì)稱軸相互正交，是陀螺的測(cè)量基準(zhǔn)軸，同軸上的力矩器和信號(hào)器的電氣對(duì)稱軸相重合。q 轉(zhuǎn)子鑲有徑向充磁的磁鋼，力矩器是繞制在陶瓷片骨架上圓柱面內(nèi)的線圈，線圈有效工作段鑲在轉(zhuǎn)子的環(huán)形槽內(nèi)，且與環(huán)形槽留有一定的活動(dòng)空隙。當(dāng)線圈通入施矩電流時(shí)，在徑向磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子受到沿轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸方向的電磁作用力，同軸上的力矩器工作在推挽狀態(tài)，產(chǎn)生的電磁作用力對(duì)另一軸形成力偶，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)陀螺施矩。q 信號(hào)器用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)子赤道平面相對(duì)殼體基準(zhǔn)面（由電氣對(duì)稱軸確定的平面）的偏轉(zhuǎn)角，同軸上的信號(hào)器輸出接成差動(dòng)形式。主要特點(diǎn)q 能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力調(diào)諧，在動(dòng)力調(diào)諧工作狀態(tài)下，平衡環(huán)扭擺產(chǎn)

3、生的慣性力矩正好平衡掉扭桿的扭桿彈性變形產(chǎn)生的彈性恢復(fù)力矩，使轉(zhuǎn)子成為自由陀螺；q 有平臺(tái)型和捷聯(lián)型兩大類型；q 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、功耗少、起動(dòng)快、成本低、壽命長(zhǎng)、抗沖擊能力強(qiáng)、精度高、適合于批量生產(chǎn)等；國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀q1、優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高陀螺性能重復(fù)性和穩(wěn)定性a、優(yōu)化設(shè)計(jì)多種撓性接頭，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，提高了陀螺承載能力和重復(fù)性，減小了陀螺 誤差；b、優(yōu)化設(shè)計(jì)磁路，提高了陀螺性能的穩(wěn)定性。2gq2、應(yīng)用和研制新器件，提高陀螺使用精度和使用壽命a、應(yīng)用軸聯(lián)軸承，縮小了陀螺體積，提高了軸承的承載能力、軸系的旋轉(zhuǎn)精度和電機(jī)壽命；b、研制混合磁路式永磁力矩器，提高了力矩器磁路的工作效率，降低了磁路

4、分布的不均勻性，減小了漏磁率，減小了陀螺常值漂移系數(shù)的大小，提高了逐次穩(wěn)定性；c、研制永磁磁滯電機(jī)，采用磁滯啟動(dòng)，永磁主工作的工作方式，啟動(dòng)方便，陀螺性能重復(fù)性好。q3、完善工藝，提高陀螺質(zhì)量和可靠性a、改進(jìn)撓性接頭、磁鋼等材料的熱處理工藝和加工工藝；b、創(chuàng)新編制陀螺傳感器梯度控制工藝，有效控制傳感器梯度；c、優(yōu)化陀螺裝配和調(diào)試流程；d、采用獨(dú)特的零部件清洗、除氣、存儲(chǔ)及老化工藝，提高陀螺質(zhì)量和可靠性；e、研究一套電機(jī)軸承測(cè)試和裝配方法，大大減小陀螺自振；f、探索一套陀螺振動(dòng)測(cè)試方法和指標(biāo)，為系統(tǒng)選配陀螺提供依據(jù)。q4、開(kāi)展溫控和補(bǔ)償研究，減小陀螺漂移，縮短陀螺準(zhǔn)備時(shí)間a、應(yīng)用新技術(shù)，設(shè)計(jì)陀螺

5、溫控環(huán)境，大大縮短高精度陀螺準(zhǔn)備時(shí)間；b、深入開(kāi)展溫度場(chǎng)、溫度控制和標(biāo)定補(bǔ)償研究，有效減小由溫度引起的溫度漂移。q5、建設(shè)基礎(chǔ)平臺(tái)，確保陀螺質(zhì)量a、配置電機(jī)、軸承裝配和檢測(cè)的多種專用設(shè)備；b、建設(shè)傳感器、力矩器實(shí)驗(yàn)室，可測(cè)試傳感器線性度、傳感器梯度、力矩器刻度系數(shù)的溫度系數(shù)和磁場(chǎng)的不均勻性；c、配備陀螺調(diào)試所需的各種專用設(shè)備。q6、滿足市場(chǎng)需求，研發(fā)新陀螺 為了滿足應(yīng)用市場(chǎng)需要，我國(guó)多家科研單位研發(fā)了新的動(dòng)力調(diào)諧陀螺：A、為了滿足高精度慣性平臺(tái)系統(tǒng)要求，開(kāi)發(fā)了某平臺(tái)型動(dòng)力調(diào)諧陀螺，其隨機(jī)漂移 ，逐次漂移同步時(shí)間小于20s。B、為了滿足小型化、高動(dòng)態(tài)捷聯(lián)慣性系統(tǒng)要求，研制出某捷聯(lián)型動(dòng)力調(diào)諧陀螺，

6、其外形尺寸 ，質(zhì)量60g，隨機(jī)漂移 ，逐次漂移 ，同步時(shí)間小于3s。以上研究均取得了很好的成果，并在多個(gè)慣性系統(tǒng)中得到了成功應(yīng)用。0.003 / (1 )h0.003 / (1 )h23 260.5 / (1 )h0.5 / (1 )h應(yīng)用情況q 目前已用于水面、陸上捷聯(lián)，快速尋北儀、電視天線跟蹤儀，并大量應(yīng)用于航天捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中，也可用于高動(dòng)態(tài)運(yùn)載體的姿態(tài)系統(tǒng)；q 在鉆井領(lǐng)域中，慣性器件的應(yīng)用比起飛行領(lǐng)域，在技術(shù)上要求更高、產(chǎn)品適應(yīng)性更強(qiáng)，因?yàn)樗墓ぷ鳁l件惡劣、環(huán)境溫度高，對(duì)溫度的適應(yīng)及壽命要求都是非?？量蹋瑢闇y(cè)井的情況下而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的更高精度的動(dòng)力調(diào)諧陀螺儀，克服了以上技術(shù)難關(guān)，其工作溫度

7、可達(dá)100度。目前國(guó)內(nèi)技術(shù)與國(guó)外的差距q 我國(guó)動(dòng)力調(diào)諧陀螺雖已發(fā)展了30多年，形成了系列型譜，在許多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。但與國(guó)外同類型高性能陀螺相比還存在差距。究其原因主要是在材料、工藝等方面與國(guó)外差距較大。表現(xiàn)在技術(shù)水平上，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：q1、陀螺精度國(guó)內(nèi)比國(guó)外相對(duì)較低目前國(guó)內(nèi)動(dòng)力調(diào)諧陀螺隨機(jī)漂移和逐日漂移的精度相對(duì)較低，國(guó)外如美國(guó)基爾福特制導(dǎo)與導(dǎo)航公司的MOD型陀螺連續(xù)工作穩(wěn)定性為 ，逐日漂移 ；德國(guó)利鐵夫公司K262陀螺隨機(jī)漂移為 。0.001 / h0.004 / h0.001 / hq2、誤差補(bǔ)償國(guó)外比國(guó)內(nèi)更精細(xì)更全面如美國(guó)基爾福特制導(dǎo)與導(dǎo)航公司的K130A08陀螺，為了補(bǔ)償陀螺電機(jī)速率變化引起的陀螺標(biāo)度因數(shù)變化，減少逐日漂移，除采取溫度控制、溫度補(bǔ)償外，還在陀螺轉(zhuǎn)子上設(shè)立一個(gè)位置標(biāo)記，電機(jī)每轉(zhuǎn)一周輸出一個(gè)脈沖，用于補(bǔ)償誤差。法國(guó)測(cè)試儀器制造公司GAM1-G系列陀螺亦采用了陀螺電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償裝置。為了提高陀螺工作壽命和可靠性，英國(guó)史密斯工業(yè)宇航與防衛(wèi)系統(tǒng)有限公司的2000系列和3000系列陀螺，均采用氣