第6章陀螺儀漂移及測試課件

§6.1陀螺漂移的基本概念一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。

9/2/20231§6.1陀螺漂移的基本概念一自由陀螺的漂移由于§6.1陀螺漂移的基本概念

自由陀螺存在漂移實際上是說明工程實際中的陀螺儀與陀螺儀模型之間的差別，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。

一自由陀螺的漂移9/2/20232§6.1陀螺漂移的基本概念自由陀螺存在漂移實際上是§6.1陀螺漂移的基本概念二單自由度浮子陀螺的漂移

當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傳感器輸出信號為零。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9/2/20233§6.1陀螺漂移的基本概念二單自由度浮子陀螺的漂移§6.1陀螺漂移的基本概念

對伺服狀態(tài)的雙自由度陀螺而言，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，構成兩個閉環(huán)回路。這樣，就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9/2/20234§6.1陀螺漂移的基本概念對伺服狀態(tài)的雙自由§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

無規(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。

9/2/20235§6.2影響陀螺漂移的主要因素陀螺漂移產(chǎn)生的對于確定性干擾力矩，根據(jù)其與加速度的分為：§6.2影響陀螺漂移的主要因素與加速度無關的干擾力矩，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。9/2/20236對于確定性干擾力矩，根據(jù)其與加速度的分為：§6.2影響陀干擾力矩的分類及其所產(chǎn)生的陀螺漂移§6.2影響陀螺漂移的主要因素1.摩擦力矩及其引起的漂移2.不平衡力矩及其引起的漂移3.非等彈性力矩及其引起的漂移9/2/20237干擾力矩的分類及其所產(chǎn)生的陀螺漂移§6.2影響陀螺漂移的主§6.3陀螺測試的伺服跟蹤法前置放大器力矩器陀螺轉子信號器解調(diào)校正記錄功放轉臺驅動電機角度輸出時基一伺服跟蹤法的基本原理9/2/20238§6.3陀螺測試的伺服跟蹤法前置放大器力信號解調(diào)校正記錄功一伺服跟蹤法的基本原理§6.3陀螺測試的伺服跟蹤法9/2/20239一伺服跟蹤法的基本原理§6.3陀螺測試的伺服跟蹤法8/§6.3陀螺測試的伺服跟蹤法一伺服跟蹤法的基本原理單自由度陀螺的單軸轉臺測漂9/2/202310§6.3陀螺測試的伺服跟蹤法一伺服跟蹤法的基本原理單自雙自由度陀螺的單軸轉臺測漂一伺服跟蹤法的基本原理§6.3陀螺測試的伺服跟蹤法9/2/202311雙自由度陀螺的單軸轉臺測漂一伺服跟蹤法的基本原理§6.3§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，即陀螺輸入軸與轉臺軸平行，并且要使轉臺在地理坐標系中精確定向。

精確地測出轉臺的轉速。

9/2/202312§6.3陀螺測試的伺服跟蹤法二伺服跟蹤法的測速方法首先在一段時間間隔內(nèi)，觀測轉臺相對地球的轉角，然后根據(jù)地球自轉角速度沿轉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角

得到在同一時間間隔內(nèi)轉臺相對慣性空間的轉角

用時間間隔相除，即得到陀螺的漂移角速度二伺服跟蹤法的測速方法§6.3陀螺測試的伺服跟蹤法9/2/202313首先在一段時間間隔內(nèi)，觀測轉臺相對地球的轉角，然后根據(jù)地球自三伺服跟蹤法的轉臺軸的取向§6.3陀螺測試的伺服跟蹤法1.輸入軸在水平面內(nèi)沿東西方向2.輸入軸與地球自轉軸平行3.輸入軸沿當?shù)卮咕€方向9/2/202314三伺服跟蹤法的轉臺軸的取向§6.3陀螺測試的伺服跟蹤法§6.4陀螺測試的力矩反饋法

一力矩反饋法法的原理9/2/202315§6.4陀螺測試的力矩反饋法一力矩反饋法法的原理8/§6.4陀螺測試的力矩反饋法

一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方法，因此必須測量系統(tǒng)穩(wěn)定時各個參數(shù)的數(shù)值，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性如何判定有較高的要求。力矩反饋法測定漂移速度只須備有足夠分辨力和精度電流記錄裝置就能測出陀螺的瞬時漂移。當然對力矩器刻度因子的穩(wěn)定性和線性度有很高的要求。

9/2/202316§6.4陀螺測試的力矩反饋法一力矩反饋法法的原理單自由度陀螺的力矩反饋法測漂一力矩反饋法法的原理§6.4陀螺測試的力矩反饋法

記錄裝置放大器加矩電流力矩器信號器IAOASA9/2/202317單自由度陀螺的力矩反饋法測漂一力矩反饋法法的原理§6.4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

一力矩反饋法法的原理9/2/202318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§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系的取向

陀螺相對地理坐標系的位置需借助轉臺

1．陀螺輸入軸沿當?shù)厍按咕€方向zxylzoly9/2/202319§6.4陀螺測試的力矩反饋法二力矩反饋法法中陀螺相對§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系的取向

陀螺相對地理坐標系的位置需借助轉臺

2．陀螺輸出軸沿當?shù)劂U垂線方向zxylzoNKly9/2/202320§6.4陀螺測試的力矩反饋法二力矩反饋法法中陀螺相對§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系的取向

陀螺相對地理坐標系的位置需借助轉臺

3．陀螺自轉軸沿當?shù)劂U垂線方向

zxylyoNK9/2/202321§6.4陀螺測試的力矩反饋法二力矩反饋法法中陀螺相對§6.5陀螺漂移的數(shù)學模型

所謂陀螺漂移的數(shù)學模型，就是指描述陀螺漂移變化規(guī)律的數(shù)學表達式。在建立正確的數(shù)學模型的基礎上，陀螺漂移測試和數(shù)據(jù)處理的目的就在于確定數(shù)學模型中的各個參數(shù)的大小及其穩(wěn)定性，分析這些參數(shù)與物理因素之間的關系，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誤差補償數(shù)據(jù)。9/2/202322§6.5陀螺漂移的數(shù)學模型所謂陀漂移角速度包括三個基本分量，即與加速度無關的分量、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)學模型

一般說：漂移角速度包括與比力無關的分量，正比于比力的分量和正比于比力平方的分量。9/2/202323漂移角速度包括三個基本分量，即與加速度無關的分量、正§6.5陀螺漂移的數(shù)學模型

陀螺漂移的純數(shù)學模型:

9/2/202324§6.5陀螺漂移的數(shù)學模型陀螺漂移的純數(shù)學模型:8陀螺漂移的物理模型

§6.5陀螺漂移的數(shù)學模型

9/2/202325陀螺漂移的物理模型§6.5陀螺漂移的數(shù)學模型8/普遍采用的陀螺誤差模型§6.5陀螺漂移的數(shù)學模型

9/2/202326普遍采用的陀螺誤差模型§6.5陀螺漂移的數(shù)學模型8/無論采用哪一種模型，都只能是近似地反映陀螺漂移的特性。隨著陀螺制造工藝和試驗手段的不斷改進，陀螺精度的不斷提高，其誤差模型也在不斷地發(fā)展和完善，因此，不能認為現(xiàn)在采用的任意一種模型是完全精確的。另外，在使用模型時，還要根據(jù)實際需要（主要是對陀螺的精度要求）和測試條件的可能性，而保留一些起主要作用的項，忽略某些次要項，從而簡化測試過程，提高測試效率。例如，現(xiàn)在多數(shù)制造和使用者往往只取前四項，即與加速度無關項和與加速度成比例的項，來估計陀螺的主要漂移系數(shù)。§6.5陀螺漂移的數(shù)學模型

9/2/202327無論采用哪一種模型，都只能是近似地反映陀螺漂移的特性從陀螺漂移模型出發(fā)，介紹用力矩反饋法來確定陀螺漂移系數(shù)的方法——固定位置法?！?.5陀螺漂移系數(shù)的確定

所謂固定位置法是將安裝陀螺的轉臺固定在某一位置，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，自轉軸z向西yxz9/2/202328從陀螺漂移模型出發(fā)，介紹用力矩反饋法來確定陀螺漂移系數(shù)的方法從陀螺漂移模型出發(fā)，介紹用力矩反饋法來確定陀螺漂移系數(shù)的方法——固定位置法?！?.5陀螺漂移系數(shù)的確定

所謂固定位置法是將安裝陀螺的轉臺固定在某一位置，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，自轉軸z向東yxz9/2/202329從陀螺漂移模型出發(fā)，介紹用力矩反饋法來確定陀螺漂移系數(shù)的方法從陀螺漂移模型出發(fā)，介紹用力矩反饋法來確定陀螺漂移系數(shù)的方法——固定位置法?！?.5陀螺漂移系數(shù)的確定

所謂固定位置法是將安裝陀螺的轉臺固定在某一位置，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，讀取力矩器的電流值。

yxz位置3：

輸出軸x向西，輸入軸y鉛直向上，自轉軸z向北9/2/202330從陀螺漂移模型出發(fā)，介紹用力矩反饋法來確定陀螺漂移系數(shù)的方法從陀螺漂移模型出發(fā)，介紹用力矩反饋法來確定陀螺漂移系數(shù)的方法——固定位置法?！?.5陀螺漂移系數(shù)的確定

所謂固定位置法是將安裝陀螺的轉臺固定在某一位置，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，自轉軸z向南yxz9/2/202331從陀螺漂移模型出發(fā)，介紹用力矩反饋法來確定陀螺漂移系數(shù)的方法從陀螺漂移模型出發(fā)，介紹用力矩反饋法來確定陀螺漂移系數(shù)的方法——固定位置法?！?.5陀螺漂移系數(shù)的確定

所謂固定位置法是將安裝陀螺的轉臺固定在某一位置，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，自轉軸z鉛直向下yxz9/2/202332從陀螺漂移模型出發(fā)，介紹用力矩反饋法來確定陀螺漂移系數(shù)的方法從陀螺漂移模型出發(fā)，介紹用力矩反饋法來確定陀螺漂移系數(shù)的方法——固定位置法?！?.5陀螺漂移系數(shù)的確定

所謂固定位置法是將安裝陀螺的轉臺固定在某一位置，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，自轉軸z鉛直向上yxz9/2/202333從陀螺漂移模型出發(fā)，介紹用力矩反饋法來確定陀螺漂移系數(shù)的方法從陀螺漂移模型出發(fā)，介紹用力矩反饋法來確定陀螺漂移系數(shù)的方法——固定位置法?！?.5陀螺漂移系數(shù)的確定

所謂固定位置法是將安裝陀螺的轉臺固定在某一位置，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，自轉軸z向東yxz9/2/202334從陀螺漂移模型出發(fā)，介紹用力矩反饋法來確定陀螺漂移系數(shù)的方法從陀螺漂移模型出發(fā)，介紹用力矩反饋法來確定陀螺漂移系數(shù)的方法——固定位置法?！?.5陀螺漂移系數(shù)的確定

所謂固定位置法是將安裝陀螺的轉臺固定在某一位置，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，自轉軸z向西yxz9/2/202335從陀螺漂移模型出發(fā)，介紹用力矩反饋法來確定陀螺漂移系數(shù)的方法簡單分析時，由于通常很小，因此可得到：輸出軸向上時（第1、2兩位置）：輸出軸向下時（第7、8兩位置）：§6.5陀螺漂移系數(shù)的確定

9/2/202336簡單分析時，由于通常很小，因此可得到：輸出當陀螺的輸出軸存在端隙及力矩器設計不當時：實際使用時必須注意！通常?。骸?.5陀螺漂移系數(shù)的確定

9/2/202337當陀螺的輸出軸存在端隙及力矩器設計不當時：實際使用時必須注意§6.5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）：9/2/202338§6.5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由自轉軸向上和向下兩個位置可以得到自轉軸向下時（第5位置）：自轉軸向上時（第6位置）：§6.5陀螺漂移系數(shù)的確定

9/2/202339由自轉軸向上和向下兩個位置可以得到自轉軸向下時（第5位置）：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：§6.5陀螺漂移系數(shù)的確定

9/2/202340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)進一步分析由3、4位置得到：§6.5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：9/2/202341由3、4位置得到：§6.5陀螺漂移系數(shù)的確定如果實際上§6.5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：9/2/202342§6.5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§6.6陀螺測試與標定的說明一測試與標定的目的考核環(huán)境適用性和生產(chǎn)制造質量

評估設計指標，用于設計改進

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9/2/202343§6.6陀螺測試與標定的說明一測試與標定的目的考核環(huán)二測試與標定的過程

粗查/粗檢：檢查元件是否滿足設計/制造預期。靜態(tài)測試/標定：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§6.6陀螺測試與標定的說明9/2/202344二測試與標定的過程粗查/粗檢：檢查元件是否滿足設計/制§6.6陀螺測試與標定的說明三測試與標定設備要求

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、檢驗設備要求高

數(shù)據(jù)記錄與處理設備要求較高，通常采用計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的記錄與實驗設備的控制。9/2/202345§6.6陀螺測試與標定的說明三測試與標定設備要求專業(yè)§6.6陀螺測試與標定的說明四主要設備用于陀螺穩(wěn)定性測試的多位置穩(wěn)定平臺，定位精度高，具有方位控制與測量的專用儀表。Graseby轉臺9/2/202346§6