《陀螺仪漂移及测试》PPT课件.ppt
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1、第六章第六章陀陀 螺螺 仪仪 的的 测测 试试 与与 标标 定定2/11/202316.1 6.1 陀螺漂移的基本概念陀螺漂移的基本概念一一一一 自由陀螺的漂移自由陀螺的漂移自由陀螺的漂移自由陀螺的漂移 由于各种原因,在陀螺上往往作用有人们所不由于各种原因,在陀螺上往往作用有人们所不由于各种原因,在陀螺上往往作用有人们所不由于各种原因,在陀螺上往往作用有人们所不希望的各种干扰力矩,在这些可能是很小的希望的各种干扰力矩,在这些可能是很小的希望的各种干扰力矩,在这些可能是很小的希望的各种干扰力矩,在这些可能是很小的干扰力干扰力干扰力干扰力矩矩矩矩的作用下,陀螺将产生的作用下,陀螺将产生的作用下,陀
2、螺将产生的作用下,陀螺将产生进动进动进动进动,从而使角动量向量,从而使角动量向量,从而使角动量向量,从而使角动量向量慢慢偏离原来的方向,我们把这种现象称为陀螺的慢慢偏离原来的方向,我们把这种现象称为陀螺的慢慢偏离原来的方向,我们把这种现象称为陀螺的慢慢偏离原来的方向,我们把这种现象称为陀螺的漂移。把在干扰力矩作用下陀螺产生的进动角速度漂移。把在干扰力矩作用下陀螺产生的进动角速度漂移。把在干扰力矩作用下陀螺产生的进动角速度漂移。把在干扰力矩作用下陀螺产生的进动角速度称为陀螺的漂移角速度或角速率。称为陀螺的漂移角速度或角速率。称为陀螺的漂移角速度或角速率。称为陀螺的漂移角速度或角速率。2/11/2
3、02326.1 6.1 陀螺漂移的基本概念陀螺漂移的基本概念工程实际中的陀螺仪与陀螺仪模型有所差别,这工程实际中的陀螺仪与陀螺仪模型有所差别,这工程实际中的陀螺仪与陀螺仪模型有所差别,这工程实际中的陀螺仪与陀螺仪模型有所差别,这种差别的表现就是种差别的表现就是种差别的表现就是种差别的表现就是干扰力矩的存在干扰力矩的存在干扰力矩的存在干扰力矩的存在,干扰力矩破,干扰力矩破,干扰力矩破,干扰力矩破坏了陀螺仪的定轴性,使陀螺仪的角动量向量在坏了陀螺仪的定轴性,使陀螺仪的角动量向量在坏了陀螺仪的定轴性,使陀螺仪的角动量向量在坏了陀螺仪的定轴性,使陀螺仪的角动量向量在惯性空间中发生了变化,包括其大小和方
4、向。惯性空间中发生了变化,包括其大小和方向。惯性空间中发生了变化,包括其大小和方向。惯性空间中发生了变化,包括其大小和方向。一一一一 自由陀螺的漂移自由陀螺的漂移自由陀螺的漂移自由陀螺的漂移2/11/202336.1 6.1 陀螺漂移的基本概念陀螺漂移的基本概念二二二二 单自由度浮子陀螺的漂移单自由度浮子陀螺的漂移单自由度浮子陀螺的漂移单自由度浮子陀螺的漂移 当沿着陀螺输入轴的角速度等于什么数值时,才能使一个当沿着陀螺输入轴的角速度等于什么数值时,才能使一个当沿着陀螺输入轴的角速度等于什么数值时,才能使一个当沿着陀螺输入轴的角速度等于什么数值时,才能使一个闭环系统中实际使用的陀螺仪的信号器输出
5、为零。这个角速度闭环系统中实际使用的陀螺仪的信号器输出为零。这个角速度闭环系统中实际使用的陀螺仪的信号器输出为零。这个角速度闭环系统中实际使用的陀螺仪的信号器输出为零。这个角速度的大小称为单自由度浮子陀螺的漂移角速度。的大小称为单自由度浮子陀螺的漂移角速度。的大小称为单自由度浮子陀螺的漂移角速度。的大小称为单自由度浮子陀螺的漂移角速度。信号器力矩器IAOASA放大器2/11/202346.1 6.1 陀螺漂移的基本概念陀螺漂移的基本概念 对伺服状态的双自由对伺服状态的双自由对伺服状态的双自由对伺服状态的双自由度陀螺,其内环轴和外度陀螺,其内环轴和外度陀螺,其内环轴和外度陀螺,其内环轴和外环轴分
6、别既是环轴分别既是环轴分别既是环轴分别既是IAIA又是又是又是又是OAOA,都有信号器和力矩器,都有信号器和力矩器,都有信号器和力矩器,都有信号器和力矩器,且交叉连接,构成两个且交叉连接,构成两个且交叉连接,构成两个且交叉连接,构成两个闭环回路。可以用两个闭环回路。可以用两个闭环回路。可以用两个闭环回路。可以用两个力矩器的电流分别表示力矩器的电流分别表示力矩器的电流分别表示力矩器的电流分别表示沿两根轴的漂移角速度。沿两根轴的漂移角速度。沿两根轴的漂移角速度。沿两根轴的漂移角速度。假定陀螺在工作过程中假定陀螺在工作过程中假定陀螺在工作过程中假定陀螺在工作过程中力矩轴是正交的,总漂力矩轴是正交的,
7、总漂力矩轴是正交的,总漂力矩轴是正交的,总漂移角速度为移角速度为移角速度为移角速度为:三三三三 双自由度浮子陀螺的漂移双自由度浮子陀螺的漂移双自由度浮子陀螺的漂移双自由度浮子陀螺的漂移加矩电流加矩电流加矩电流加矩电流内环轴内环轴外环轴外环轴2/11/202356.2 6.2 影响陀螺漂移的主要因素影响陀螺漂移的主要因素 陀螺漂移产生的原因是作用在陀螺上的干扰陀螺漂移产生的原因是作用在陀螺上的干扰陀螺漂移产生的原因是作用在陀螺上的干扰陀螺漂移产生的原因是作用在陀螺上的干扰力矩根据干扰力矩的性质及其变化规律,干扰力力矩根据干扰力矩的性质及其变化规律,干扰力力矩根据干扰力矩的性质及其变化规律,干扰力
8、力矩根据干扰力矩的性质及其变化规律,干扰力矩可以分为两类:矩可以分为两类:矩可以分为两类:矩可以分为两类:确定性干扰力矩确定性干扰力矩确定性干扰力矩确定性干扰力矩有规律、可试验或计算确定,易于有规律、可试验或计算确定,易于有规律、可试验或计算确定,易于有规律、可试验或计算确定,易于补偿。补偿。补偿。补偿。随机性干扰力矩随机性干扰力矩随机性干扰力矩随机性干扰力矩 无规律性。引起陀螺的随机漂移,无规律性。引起陀螺的随机漂移,无规律性。引起陀螺的随机漂移,无规律性。引起陀螺的随机漂移,只能用统计方法来估计其概率统计只能用统计方法来估计其概率统计只能用统计方法来估计其概率统计只能用统计方法来估计其概率
9、统计特性。特性。特性。特性。2/11/20236l l 对于确定性干扰力矩,根据其与加速度的分为:对于确定性干扰力矩,根据其与加速度的分为:对于确定性干扰力矩,根据其与加速度的分为:对于确定性干扰力矩,根据其与加速度的分为:6.2 6.2 影响陀螺漂移的主要因素影响陀螺漂移的主要因素 与加速度无关的干扰力矩,例如弹性力矩、电磁力矩等。与加速度无关的干扰力矩,例如弹性力矩、电磁力矩等。与加速度无关的干扰力矩,例如弹性力矩、电磁力矩等。与加速度无关的干扰力矩,例如弹性力矩、电磁力矩等。与加速度成比例的干扰力矩,例如由于陀螺质量偏心引起与加速度成比例的干扰力矩,例如由于陀螺质量偏心引起与加速度成比例
10、的干扰力矩,例如由于陀螺质量偏心引起与加速度成比例的干扰力矩,例如由于陀螺质量偏心引起的干扰力矩。的干扰力矩。的干扰力矩。的干扰力矩。与加速度平方成比例的干扰力矩,例如由非等弹性引起的与加速度平方成比例的干扰力矩,例如由非等弹性引起的与加速度平方成比例的干扰力矩,例如由非等弹性引起的与加速度平方成比例的干扰力矩,例如由非等弹性引起的干扰力矩。干扰力矩。干扰力矩。干扰力矩。2/11/20237l l干扰力矩的分类及其所产生的陀螺漂移干扰力矩的分类及其所产生的陀螺漂移干扰力矩的分类及其所产生的陀螺漂移干扰力矩的分类及其所产生的陀螺漂移6.2 6.2 影响陀螺漂移的主要因素影响陀螺漂移的主要因素1.
11、1.1.1.摩擦力矩及其引起的漂移摩擦力矩及其引起的漂移摩擦力矩及其引起的漂移摩擦力矩及其引起的漂移2.2.2.2.不平衡力矩及其引起的漂移不平衡力矩及其引起的漂移不平衡力矩及其引起的漂移不平衡力矩及其引起的漂移3.3.3.3.非等弹性力矩及其引起的漂移非等弹性力矩及其引起的漂移非等弹性力矩及其引起的漂移非等弹性力矩及其引起的漂移2/11/202386.3 6.3 陀螺测试的伺服跟踪法陀螺测试的伺服跟踪法前置放大器力矩器陀螺转子信号器解调校正记录功放转台驱动电机角度输出时基一一一一 伺服跟踪法的基本原理伺服跟踪法的基本原理伺服跟踪法的基本原理伺服跟踪法的基本原理2/11/20239一一一一 伺
12、服跟踪法的基本原理伺服跟踪法的基本原理伺服跟踪法的基本原理伺服跟踪法的基本原理6.3 6.3 陀螺测试的伺服跟踪法陀螺测试的伺服跟踪法2/11/2023106.3 6.3 陀螺测试的伺服跟踪法陀螺测试的伺服跟踪法一一一一 伺服跟踪法的基本原理伺服跟踪法的基本原理伺服跟踪法的基本原理伺服跟踪法的基本原理单自由度陀螺的单轴转台测漂单自由度陀螺的单轴转台测漂单自由度陀螺的单轴转台测漂单自由度陀螺的单轴转台测漂2/11/202311双自由度陀螺的单轴转台测漂双自由度陀螺的单轴转台测漂双自由度陀螺的单轴转台测漂双自由度陀螺的单轴转台测漂一一一一 伺服跟踪法的基本原理伺服跟踪法的基本原理伺服跟踪法的基本原
13、理伺服跟踪法的基本原理6.3 6.3 陀螺测试的伺服跟踪法陀螺测试的伺服跟踪法2/11/2023126.3 6.3 陀螺测试的伺服跟踪法陀螺测试的伺服跟踪法二二二二 伺服跟踪法的测速方法伺服跟踪法的测速方法伺服跟踪法的测速方法伺服跟踪法的测速方法l l 精确精确精确精确定位定向定位定向定位定向定位定向,即陀螺输入轴与转台轴平行,并且要使,即陀螺输入轴与转台轴平行,并且要使,即陀螺输入轴与转台轴平行,并且要使,即陀螺输入轴与转台轴平行,并且要使转台在地理坐标系中精确定向。转台在地理坐标系中精确定向。转台在地理坐标系中精确定向。转台在地理坐标系中精确定向。l 精确地测出精确地测出精确地测出精确地测
14、出转台的转速转台的转速转台的转速转台的转速。2/11/202313首先首先首先首先在一段时间间隔内,在一段时间间隔内,在一段时间间隔内,在一段时间间隔内,观测转台观测转台观测转台观测转台相对地球的相对地球的相对地球的相对地球的转角转角转角转角,然后然后然后然后根根根根据据据据地球地球地球地球自转角速度沿转台方向的自转角速度沿转台方向的自转角速度沿转台方向的自转角速度沿转台方向的分量分量分量分量通过计算求得在通过计算求得在通过计算求得在通过计算求得在这段时这段时这段时这段时间间间间内地球相对惯性空间的转角内地球相对惯性空间的转角内地球相对惯性空间的转角内地球相对惯性空间的转角 得到在同一时间间隔
15、内转台相对惯性空间的转角得到在同一时间间隔内转台相对惯性空间的转角得到在同一时间间隔内转台相对惯性空间的转角得到在同一时间间隔内转台相对惯性空间的转角 用时间间隔相除,即得到陀螺的漂移角速度用时间间隔相除,即得到陀螺的漂移角速度用时间间隔相除,即得到陀螺的漂移角速度用时间间隔相除,即得到陀螺的漂移角速度二二二二 伺服跟踪法的测速方法伺服跟踪法的测速方法伺服跟踪法的测速方法伺服跟踪法的测速方法6.3 6.3 陀螺测试的伺服跟踪法陀螺测试的伺服跟踪法2/11/202314三三三三 伺服跟踪法的转台轴的取向伺服跟踪法的转台轴的取向伺服跟踪法的转台轴的取向伺服跟踪法的转台轴的取向6.3 6.3 陀螺测
16、试的伺服跟踪法陀螺测试的伺服跟踪法1.1.1.1.输入输入输入输入轴在水平面内沿东西方向轴在水平面内沿东西方向轴在水平面内沿东西方向轴在水平面内沿东西方向2.2.2.2.输入轴与地球自转轴平行输入轴与地球自转轴平行输入轴与地球自转轴平行输入轴与地球自转轴平行3.3.3.3.输入轴沿当地垂线方向输入轴沿当地垂线方向输入轴沿当地垂线方向输入轴沿当地垂线方向2/11/2023156.4 6.4 陀螺测试的力矩反馈法陀螺测试的力矩反馈法 一一一一 力矩反馈法法的原理力矩反馈法法的原理力矩反馈法法的原理力矩反馈法法的原理记记记记 录装录装录装录装 置置置置放大器放大器放大器放大器加矩电流加矩电流加矩电流
17、加矩电流力矩器力矩器力矩器力矩器信号器信号器信号器信号器IAOASA2/11/2023166.4 6.4 陀螺测试的力矩反馈法陀螺测试的力矩反馈法 一一一一 力矩反馈法法的原理力矩反馈法法的原理力矩反馈法法的原理力矩反馈法法的原理 力矩反馈法采用的是力矩平衡的静力学方法。必力矩反馈法采用的是力矩平衡的静力学方法。必力矩反馈法采用的是力矩平衡的静力学方法。必力矩反馈法采用的是力矩平衡的静力学方法。必须测量系统稳定后各参数的数值,对系统稳定性的须测量系统稳定后各参数的数值,对系统稳定性的须测量系统稳定后各参数的数值,对系统稳定性的须测量系统稳定后各参数的数值,对系统稳定性的判定有较高要求。判定有较
18、高要求。判定有较高要求。判定有较高要求。电流记录装置必须具有足够分辨力和精度。电流记录装置必须具有足够分辨力和精度。电流记录装置必须具有足够分辨力和精度。电流记录装置必须具有足够分辨力和精度。对力矩器刻度因子的稳定性和线性度要求很高。对力矩器刻度因子的稳定性和线性度要求很高。对力矩器刻度因子的稳定性和线性度要求很高。对力矩器刻度因子的稳定性和线性度要求很高。力矩反馈法得到的是陀螺的瞬时漂移。力矩反馈法得到的是陀螺的瞬时漂移。力矩反馈法得到的是陀螺的瞬时漂移。力矩反馈法得到的是陀螺的瞬时漂移。2/11/202317双自由度陀螺的力矩反馈法测漂双自由度陀螺的力矩反馈法测漂双自由度陀螺的力矩反馈法测
19、漂双自由度陀螺的力矩反馈法测漂6.4 6.4 陀螺测试的力矩反馈法陀螺测试的力矩反馈法 一一一一 力矩反馈法法的原理力矩反馈法法的原理力矩反馈法法的原理力矩反馈法法的原理2/11/2023186.4 6.4 陀螺测试的力矩反馈法陀螺测试的力矩反馈法 二二二二 力矩反馈法法中陀螺相对地理坐标系的取向力矩反馈法法中陀螺相对地理坐标系的取向力矩反馈法法中陀螺相对地理坐标系的取向力矩反馈法法中陀螺相对地理坐标系的取向 l l陀螺相对地理坐标系的位置需借助转台陀螺相对地理坐标系的位置需借助转台陀螺相对地理坐标系的位置需借助转台陀螺相对地理坐标系的位置需借助转台 1陀螺输入轴沿当地前垂线方向zxylzol
20、ymg2/11/2023196.4 6.4 陀螺测试的力矩反馈法陀螺测试的力矩反馈法 二二二二 力矩反馈法法中陀螺相对地理坐标系的取向力矩反馈法法中陀螺相对地理坐标系的取向力矩反馈法法中陀螺相对地理坐标系的取向力矩反馈法法中陀螺相对地理坐标系的取向 l l陀螺相对地理坐标系的位置需借助转台陀螺相对地理坐标系的位置需借助转台陀螺相对地理坐标系的位置需借助转台陀螺相对地理坐标系的位置需借助转台 2陀螺输出轴沿当地铅垂线方向zxylzoNKly2/11/2023206.4 6.4 陀螺测试的力矩反馈法陀螺测试的力矩反馈法 二二二二 力矩反馈法法中陀螺相对地理坐标系的取向力矩反馈法法中陀螺相对地理坐标
21、系的取向力矩反馈法法中陀螺相对地理坐标系的取向力矩反馈法法中陀螺相对地理坐标系的取向 l l陀螺相对地理坐标系的位置需借助转台陀螺相对地理坐标系的位置需借助转台陀螺相对地理坐标系的位置需借助转台陀螺相对地理坐标系的位置需借助转台 3陀螺自转轴沿当地铅垂线方向 zxylyoNK2/11/2023216.5 6.5 陀螺漂移的数学模型陀螺漂移的数学模型 陀螺漂移的数学模型是指描述陀螺漂移变化规陀螺漂移的数学模型是指描述陀螺漂移变化规陀螺漂移的数学模型是指描述陀螺漂移变化规陀螺漂移的数学模型是指描述陀螺漂移变化规律的律的律的律的数学表达式数学表达式数学表达式数学表达式。在建立数学模型的基础上,漂移。
22、在建立数学模型的基础上,漂移。在建立数学模型的基础上,漂移。在建立数学模型的基础上,漂移测试和数据处理的目的就转化为确定模型中参数的测试和数据处理的目的就转化为确定模型中参数的测试和数据处理的目的就转化为确定模型中参数的测试和数据处理的目的就转化为确定模型中参数的大小及其稳定性,分析这些参数与物理因素间的关大小及其稳定性,分析这些参数与物理因素间的关大小及其稳定性,分析这些参数与物理因素间的关大小及其稳定性,分析这些参数与物理因素间的关系,从而找到改进陀螺性能的方向和途径,并为陀系,从而找到改进陀螺性能的方向和途径,并为陀系,从而找到改进陀螺性能的方向和途径,并为陀系,从而找到改进陀螺性能的方
23、向和途径,并为陀螺的使用提供依据。螺的使用提供依据。螺的使用提供依据。螺的使用提供依据。2/11/202322 漂移角速度包括漂移角速度包括漂移角速度包括漂移角速度包括三个基本分量三个基本分量三个基本分量三个基本分量,即与加速度无关,即与加速度无关,即与加速度无关,即与加速度无关的分量、正比于加速度的分量和正比于加速度平方的的分量、正比于加速度的分量和正比于加速度平方的的分量、正比于加速度的分量和正比于加速度平方的的分量、正比于加速度的分量和正比于加速度平方的分量分量分量分量:6.5 6.5 陀螺漂移的数学模型陀螺漂移的数学模型 一般说:漂移角速度包括与比力无关的分量,正比一般说:漂移角速度包
24、括与比力无关的分量,正比一般说:漂移角速度包括与比力无关的分量,正比一般说:漂移角速度包括与比力无关的分量,正比于比力的分量和正比于比力平方的分量。于比力的分量和正比于比力平方的分量。于比力的分量和正比于比力平方的分量。于比力的分量和正比于比力平方的分量。2/11/2023236.5 6.5 陀螺漂移的数学模型陀螺漂移的数学模型 l l 陀螺漂移的纯数学模型陀螺漂移的纯数学模型陀螺漂移的纯数学模型陀螺漂移的纯数学模型:2/11/202324l l 陀螺漂移的物理模型陀螺漂移的物理模型陀螺漂移的物理模型陀螺漂移的物理模型 6.5 6.5 陀螺漂移的数学模型陀螺漂移的数学模型 2/11/20232
25、5l l 普遍采用的陀螺误差模型普遍采用的陀螺误差模型普遍采用的陀螺误差模型普遍采用的陀螺误差模型6.5 6.5 陀螺漂移的数学模型陀螺漂移的数学模型 2/11/202326 模型只能近似地反映陀螺漂移的特性。随着制造模型只能近似地反映陀螺漂移的特性。随着制造模型只能近似地反映陀螺漂移的特性。随着制造模型只能近似地反映陀螺漂移的特性。随着制造工艺和试验手段的不断改进,精度的不断提高,误差工艺和试验手段的不断改进,精度的不断提高,误差工艺和试验手段的不断改进,精度的不断提高,误差工艺和试验手段的不断改进,精度的不断提高,误差模型将不断地发展和完善。不能认为现在采用的任意模型将不断地发展和完善。不
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