D坐標(biāo)系及陀螺應(yīng)用26297市公開課特等獎(jiǎng)市賽課微課一等獎(jiǎng)?wù)n件

坐標(biāo)系：慣性坐標(biāo)系坐標(biāo)系引入：定量描述運(yùn)動需要坐標(biāo)系選?。阂罁?jù)研究對象及運(yùn)動特點(diǎn)日心慣性坐標(biāo)系IX0Y0Z0

地球慣性坐標(biāo)系EX0Y0Z0

第1頁坐標(biāo)系：地球、地理、載體、陀螺地球坐標(biāo)系Eξηζ地理坐標(biāo)系A(chǔ)ENZ’載體坐標(biāo)系Bxbybzb姿態(tài)角（偏航、俯仰、橫滾）陀螺坐標(biāo)系oxyz（內(nèi)框架）動參考坐標(biāo)系oξηζ（對應(yīng)慣性或地理坐標(biāo)系）動參考坐標(biāo)系vs陀螺坐標(biāo)系

第2頁自由陀螺儀：概述自由陀螺儀：沿著內(nèi)外框架無任何外力矩二自由度陀螺儀

功效：模擬慣性空間方向基準(zhǔn)應(yīng)用：宇宙飛行

近、中程導(dǎo)彈

射擊平面坐標(biāo)系X0Y0Z0’

忽略地球自轉(zhuǎn)引發(fā)慣性坐標(biāo)系以及模擬慣性坐標(biāo)系陀螺坐標(biāo)系與射擊平面坐標(biāo)系之間相對轉(zhuǎn)動（表觀運(yùn)動）

第3頁自由陀螺儀：應(yīng)用俯仰通道橫滾、偏航第4頁地平儀：需求背景飛機(jī)飛行時(shí)，需要獲知飛機(jī)相對水平面偏角早期飛行員只能依靠目測或本體感覺，有很大局限。需要借助某種儀器，在飛機(jī)上建立人工水平面（水平或地垂線基準(zhǔn)）第5頁地平儀：重力擺方案重力擺含有敏感地垂線（水平）基準(zhǔn)特征重力機(jī)械擺重力液體擺缺點(diǎn)：重力擺輕易受運(yùn)動干擾第6頁地平儀：陀螺方案二自由度陀螺優(yōu)點(diǎn)：能夠穩(wěn)定地指示慣性空間中固定方向，不受運(yùn)動干擾缺點(diǎn)：不能敏感（跟蹤）地垂線方向第7頁地平儀：互補(bǔ)方案重力擺

優(yōu)勢：能敏感地垂線劣勢：易受運(yùn)動干擾不能穩(wěn)定指示地垂線方向陀螺儀

優(yōu)勢：能穩(wěn)定指示固定方向不易受運(yùn)動干擾劣勢：不能敏感地垂線二者優(yōu)勢互補(bǔ)=>陀螺地平儀修正裝置及其任務(wù)：1隨時(shí)測量出轉(zhuǎn)子軸偏離地垂線誤差角2產(chǎn)生修正力矩，使轉(zhuǎn)子進(jìn)動，消除誤差角第8頁地平儀：工程實(shí)現(xiàn)工程實(shí)現(xiàn)：二自由度陀螺儀+液體擺+檢測電路+力矩電機(jī)第9頁地平儀：修正原理力矩電機(jī)：定子中有兩個(gè)匝數(shù)相同但繞向相反控制繞組轉(zhuǎn)子軸偏離重力垂線液體擺輸出電流差電機(jī)產(chǎn)生修正力矩轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生進(jìn)動進(jìn)動使偏角減小第10頁地平儀：加速度影響及對策加速度影響：當(dāng)載體存在加速度，液體擺氣泡也將會偏離中心位置液體擺給出虛假陀螺轉(zhuǎn)子軸偏角信號虛假偏角信號輸送給力矩電機(jī)，使轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生無須要（也不該有）進(jìn)動最終使轉(zhuǎn)子軸反而偏離地垂線方向。對策：引入加速度敏感元件，控制反饋回路開閉第11頁航向儀：背景及方案飛行器貼近地球表面運(yùn)動時(shí)，需要獲知其航向航向角：載體縱軸在水平面投影和當(dāng)?shù)氐乩肀毕蜷g夾角關(guān)鍵：北向基準(zhǔn)建立北向基準(zhǔn)建立路徑：1、指南針

地磁場與磁力線、磁偏角、航海地圖與磁偏角修正局限：易受干擾，磁極附近失靈2、陀螺儀優(yōu)點(diǎn)：對方向含有記憶性缺點(diǎn)：不能自主尋北第12頁航向儀：結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài)結(jié)構(gòu)組成

二自由度陀螺儀磁羅盤修正系統(tǒng)兩種工作狀態(tài)1、地磁校正工作狀態(tài)（非強(qiáng)磁、低緯度地域且等速飛行）2、陀螺半羅盤工作狀態(tài)狀態(tài)切換飛行中依據(jù)飛行區(qū)域以及飛行情況，切換航向儀不一樣工作狀態(tài)方位修正與水平修正第13頁陀螺羅經(jīng)：基本原理陀螺羅經(jīng)：自動找出地理北向，無需借助其它儀表校正應(yīng)用：艦船、武器、勘采等基本工作原理利用地球自轉(zhuǎn)和重力場綜合效應(yīng)，使二自由度陀螺自轉(zhuǎn)軸自動地準(zhǔn)確尋找真北方向基本工作原理分析地球自轉(zhuǎn)時(shí)1、地理坐標(biāo)系～地軸方向地理坐標(biāo)系繞著地軸旋轉(zhuǎn)從地理坐標(biāo)系中觀察，地軸方向?yàn)楸睒O星指示固定方向第14頁陀螺羅經(jīng)：坐標(biāo)轉(zhuǎn)動分析2、陀螺轉(zhuǎn)子軸～地軸～地理坐標(biāo)系系陀螺自轉(zhuǎn)軸和地軸相對固定從慣性坐標(biāo)系觀察，陀螺自轉(zhuǎn)軸和地軸之間夾角和方向都不變從地理坐標(biāo)系觀察，陀螺自轉(zhuǎn)軸和地軸之間夾角仍不變，但方向改變從地理坐標(biāo)系觀察結(jié)果是，陀螺轉(zhuǎn)子軸在繞著地軸（北極星）做圓周運(yùn)動3、上述圓周中心即地軸方向地軸在水平面投影即當(dāng)?shù)乇毕?、缺點(diǎn)：測量周期長，精度難確保5、處理方法：設(shè)法縮短周期第15頁陀螺羅經(jīng)：引入重力擺引入重力擺位于內(nèi)框架軸正下方效果：軸子軸運(yùn)動被加速軌跡由圓變?yōu)闄E圓周期和尺寸都縮短第16頁陀螺羅經(jīng)：表觀效應(yīng)～重力效應(yīng)引入重力擺后，陀螺轉(zhuǎn)子軸運(yùn)動能夠看成是地球自轉(zhuǎn)引發(fā)表觀運(yùn)動和重力擺引發(fā)進(jìn)動合成。（紅色表示進(jìn)