北京航空航天大学自动化学院导航专业惯性技术实验报告

1、成 绩 陀螺仪理论及应用实验报告 院（系）名称自动化科学与电气工程学院 专业名称自动化 学生学号xxxxxxx 学生姓名xxx 指导教师2015年6月1实验一 陀螺仪基本特性试验一、 实验目的1. 用实验的方法观察并验证陀螺仪的基本特性定轴性，进动性和陀螺力矩效应。2. 学习使用陀螺实验用主要设备转台。3. 利用线性回归方法进行数据处理。二、 实验设备1. TZS-74陀螺仪表综合试验转台。2. 双自由度陀螺仪。3. 砝码。4. 实验用电源：交流 220V，50（转台用）36V，400三相电源。三、 实验内容和步骤（一）定轴性实验1. 陀螺马达不转时，开动转台，观察陀螺仪是否有定轴性。2. 接

2、通电源，几下陀螺转子的转速方向，开动转台观察转子转动时陀螺仪的定轴性。（二） 进动性实验1. 外加力矩，观察进动现象。根据进动规律判断角动量H的方向，并和上面记下的转速方向做一比较。2. 测量进动角速度和外加力矩的关系：（1）在加力杆的前后标尺上分别加不同重量的砝码，记录进动的角度与实践，列表并计算出对应于每一外加力矩的进动角速度值，画出实验曲线。（2）根据进动规律（）计算出对应于每一外加力矩的进动角速度，画出理论曲线。（3） 将实验曲线与理论曲线进行比较并说明产生误差的原因。（4）用线性回归的方法进行数据处理，并通过求回归系数的方法求出角动量H的值。3. 测量进动角速度和角动量的关系在同一外

3、力矩作用下，测量陀螺马达在额定转速下和断电一分钟后的进动角速度（断电一分钟后马达转速低于额定转速）。根据实验结果说明进动角速度和角动量的关系。（三） 陀螺力矩实验1. 开动转台，使双自由度陀螺仪基座转动，观察有无陀螺力矩效应，并说明原因。2. 观察双自由度陀螺仪在进动时的陀螺力矩效应。用手对内框架加力矩，用手的感觉来测量陀螺力矩的大小和方向。说明陀螺力矩产生的原因。3. 拧紧固定外框架的螺钉。用手对内框架加力矩。观察此时转子轴的运动方向。用手感觉此时对手是否有陀螺力矩作用，加以分析。4. 测量陀螺力矩和进动角速度的关系：为了达到测量陀螺力矩的目的，我们拧紧固定外框架的螺钉，是陀螺仪成为单自由度

4、陀螺仪。然后打开转台，是陀螺已跟随着基座以相同的角速度进动，这是在内框轴上就受到一个陀螺力矩，我们在加力杆上加砝码，便可在内框架轴上施加重力力矩来平衡陀螺力矩。（1）转动转台，测量转台的角度和时间，并同时在加力杆上加砝码平衡陀螺力矩。列表计算出陀螺力矩与进动角度的关系，并画出试验曲线。（2） 根据陀螺力矩公式计算陀螺力矩与进动角速度的关系，并列表画出理论曲线。（3） 将试验曲线与理论曲线进行比较，并说明产生误差的原因。（四）观察章动现象1. 用手在双自由度陀螺仪上施加冲击力矩，观察并记录章动现象。2. 关闭陀螺马达电源，等陀螺马达转速降低及停转后再用手在陀螺仪上施加陀螺力矩，观察并记录陀螺仪的

5、运动情况。四、 实验现象与数据记录进动角速度和外加力矩的关系砝码m/g力臂/mm时间t/s起始角终止角10825.831032710825.825026510826.117018610825.522023210825112220823120135陀螺力矩和进动角速度的关系砝码m/g力臂l/mm角速度°/s508012.4509514.45010515.720804.6201005.7201206.6五、 数据处理1. 进动角速度和外加力矩的关系角速度与力矩的关系为：又已知：则有：2. 陀螺力矩和进动角速度的关系 力矩与角速度关系为：又已知： 则有：六、 误差分析误差主要出现在测量上。

6、例如在陀螺力矩和进动角速度的关系实验中，很难保持尺子水平，只能近似。在进动角速度与外加力矩关系实验中，读数会有较大误差。其次，误差出现在实验仪器上，比如由于陀螺电机已经老旧了，在额定电压下的陀螺转速与额定转速有一定差距等。实验二 角速度传感器静态特性实验一、 实验目的测量角速度传感器的静态特性，并求取仪表的主要静态参数。二、 实验设备1. TZS-74陀螺仪表综合试验转台。2. 角速度传感器实验器。3. 数字繁用表。4. 实验用电源：交流 220V，50（转台用）36V，400三相电源。三、 实验线路四、实验步骤 1. 将仪表安装在实验转台上，注意使仪表的测量轴与转台轴一致。 2. 检查线路后

7、，接通电源。调整0位输出，调到最小时，记下0位输出信号。 3. 将转台调制所需要的转速，测量输出电压，并记录。 4. 改变转台的旋转方向，调整转速，测量输出电压，并记录。 5. 将所测得的数据填入表中，并根据表格数据作曲线。 6. 用线性回归的方法进行数据处理，求出角速度传感器的输出电压V对输入角速度w的回归方程和绘制曲线，并通过求出回归系数的方法求出该仪表的静态方法系数和零位电压。 7. 将仪表的测量轴倾斜30°，再前述方法做一遍，并将这组数据与前组数据一同作曲线并加以比较。五、 数据处理顺时针转台转速51015202530输出电压/v1.533.154.456.317.789.3

8、3逆时针转台转速51015202530输出电压/v-2.26-3.68-5.38-6.87-8.55-10.25倾斜30°转台转速51015202530输出电压/v0.9782.383.865.336.488.02由图可知，仪表的正方向静态放大系数为0.3129，零位电压为-0.05v反方向的静态放大系数为-0.3203，零位电压为-0.56倾斜30°时，静态放大系数变小，零位电压绝对值也减小六、 误差分析误差主要出现在测量上。仪器本身的条件和我们的人为操作过程都存在误差.实验三 角速度传感器动态特性实验一、 实验目的测量角速度传感器的动态特性，并求取仪表的主要动态参数。二

9、、 实验设备1. TZS-65陀螺仪试验转台。2. 角速度传感器。3. 双线笔录仪。4. 数字万用表。5. 频率响应台6. 直流稳压电源。7. 马达用电源36v400三、 实验线路四、 实验步骤（一）将被测陀螺角速度传感器3，安装在旋转板2上、旋转板2与转台的旋转平台1是同轴的，两者之间具有一定的摩擦。当转台以一定的角速度旋转时，两者之间具有一定的摩擦。当转台以一定的角速度旋转时，由于平台的中心轴与旋转板2之间的摩擦力矩作用，带动旋转板2及与其固定的被测仪表仪器旋转，当旋转板与被测仪表突然停止转动时，这相当于给被测仪表输入一个阶跃的变化。1. 将转台的转速调至6°/秒。打开记录仪记录

10、开关。2. 将旋转板2调至离挡块大约120°左右，开动转台。3. 当旋转板距离挡块4约30°50°时，按动记录仪上的走纸速度按键（50mm/秒）。4. 旋转板和被测仪表突然停止时，记录仪的笔，将把仪表的过渡过程曲线记录下来。5. 当过渡过程结束后，按下记录仪上停止按键，同时将转台停止。（二）根据记录的曲线。按照附录所介绍的计算方法，计算出被测仪表的主要动态参数。五、 实验结果 中计算机采集到的数据图如下实验四 地平仪实验一、 实验目的1. 了解陀螺地平仪的结构和作用原理，重点是修正系统的组成，元部件的安装位置及其修正特性。2. 利用实验室的条件，测量地平仪的准备时

11、间及修正速度。3. 利用x-y记录仪，记录并描绘垂直陀螺修正轨迹，并作必要的分析。二、 实验设备1. TC-34垂直陀螺一台。2. BDP-4陀螺地平仪一台。3. 垂直陀螺实验控制盒一个。4. X-y记录仪一台。5. 数字式电压表一台。6. 秒表一块。7. 直流稳压电源一台。三、 实验内容及步骤（一）记录并描绘TC-3垂直陀螺修正轨迹曲线。1. 用电缆将TC-3垂直陀螺和实验控制盒连接起来与实验桌上的电源连接起来。将控制盒上标有27V-的接线柱与直流稳压电源连接。2. 打开直流稳压电源开关，并将直流稳压电源的输出电压调整为27V。3. 将控制盒上“倾斜”和“俯仰”接线柱与X-Y记录仪用导线连接

12、。4. 检查以上线路接好后，接通36V400Hz马达电源同时按下秒表，待陀螺仪指针指向“0”位。记录仪表的启动时间。5. 用手分别在内环或外环上对陀螺仪施加力矩，是转子轴偏离地重线15°20°，按下秒表并打开X-Y记录仪，记录地平仪修正回“0”点的曲线，记下修正时间。6. 用以上方法，使陀螺在倾斜的“左”，“右”，和俯仰的“上”，“下”四个方向，偏离垂线位置。记录仪表修正到“0”位的曲线，并记录修正时间。7. 根据修正曲线，分析仪表的修正特性。（二）了解BDP-4地平仪的结构和工作原理。1. 接通控制面板上的电源开关，使地平仪进入工作状态，观察地平仪是如何工作的，来指示地垂

13、线的。2. 了解BDP-4地平表和其他的地平表的区别，从而熟悉分离式地平表（垂直陀螺和指示器）的优点和缺点。3. 打开未通电的地平仪的壳子，仔细观察其结构特点，并认识垂直陀螺各主要部件的名称和所在位置。4. 仔细观察锁紧机构是怎样工作的。5. 观察实验室所提供的其他地平仪。四、 实验数据实验时由于误差较大，多做数据意义不大，此处仅作两组数据20°211620°3309五、 误差分析 实验仪器较为精密，但实验室环境不达标，导致仪器有偏差。实验五 陀螺半罗盘实验一、 实验目的对陀螺半罗盘的运动特性及主要误差进行研究，以获得感性知识。二、 实验设备1. 两自由度转动支架。2. 陀

14、螺半罗盘。3. 秒表。4. 电源：236V，400三相电源。三、 实验内容（一）陀螺半罗盘方位漂移的测定1. 将陀螺半罗盘安装在仪表试验架上，并正确地按仪表连线图连线。2. 将仪表试验架调至水平，并使陀螺半罗盘外框架轴处于垂直位置。同时用协调手柄使仪表的刻度在真实航向上。3. 接通电源，使陀螺仪表工作在正常状态（三分钟）。4. 拉协调手柄，使仪表松锁，同时按下秒表。5. 至方位漂移1度时，记下所需时间t，并记在表格内。6. 上锁仪表，调至原来起始方位重复记录仪表在方位漂移1度的时间，这样重复作三次，并将结果记在表中。7. 依据实验结果，求出陀螺半罗盘对空间的漂移速度。（给定条件是：北京地区纬度=39°59）（二）倾