静电陀螺仪漂移的原因分析

静电陀螺仪漂移的原因分析

为了降低螺母转移对亚硝酸根导航系统精度的影响，采用了各种自动补偿方法。这些方法本质上大多是对陀螺设备的某些部件添加一种附加的机械运动，这种运动能将陀螺仪漂移进行调制，并最终将这些漂移从单调时间函数变为具有有限振幅的时间周期函数静电陀螺仪属于具有球形转子非接触支撑的自由陀螺仪。陀螺仪转子的旋转轴相对于其静电支撑系统的对称轴可以达到任意角位置。当静电陀螺仪自身转子具有非球面、转子出现失中、支撑电极存在装配误差或转子恒速磁场存在残余磁场等均会产生作用在转子上的干扰力矩，使静电陀螺仪转子产生漂移目前，在由静电陀螺仪构成的高精度惯性系统中，静电陀螺仪被安装在框架上，根据光电角度传感器的信号利用框架系统可实现光电角度传感器轴精确跟踪转子动量矩轴。通过使静电陀螺仪的壳体绕其对称轴旋转，将作用在转子上与壳体有关的大部分干扰力矩进行调制，并采取相应的补偿方法，来降低这些干扰力矩对陀螺漂移的影响，提高了惯性系统的精度1转子旋转轴与光电传感器轴间的失调角由静电陀螺仪构成的惯性导航系统有多种不同形式，我们所熟知的系统利用两个静电陀螺仪，两个陀螺仪分别置于上、下分平台中，两个平台都设计成空间垂直的双环框架结构陀螺仪通过框架高度环-方位环安装于稳定平台上，稳定平台间接稳定于当地水平面上。壳体上装有光电角度传感器的静电陀螺仪被安装在自动旋转部件内，且转子静电支撑装置的对称轴、壳体对称轴及壳体旋转轴重合。置于自动旋转部件内的陀螺仪被安装到根据光电角度传感器信号控制的双轴框架环上，光电传感器的输出信号经过控制模块处理并进行坐标变换后驱动高度环和方位环的电机控制h环和q环构成负反馈系统，从而使陀螺仪光电传感器轴始终对准转子旋转轴，保持光电传感器输出信号为零（理想情况下）。转子轴、壳体轴和角度传感器轴相对水平坐标系的姿态由角为了描述框架环、转子旋转轴、壳体旋转轴及光电角度传感器轴的运动，我们引入分别与转子轴、壳体轴和光电角度传感器轴固连的坐标系。图2中给出各坐标系之间的相对位置关系：OXYZ为当地水平坐标系；OX首先，我们假设光电角度传感器轴和壳体旋转轴重合，那么转子旋转轴与光电角度传感器轴间的失调角就是框架随动系统的误差，并由小角度α和β来确定。转子旋转轴与角度传感器轴之间的失调角在h-q坐标内可以表示为：假设角度传感器轴与转子旋转轴间的失调只是由框架各环轴间的摩擦力矩和角度传感器的死区造成的，因框架随动系统的固有频率比陀螺仪壳体旋转的频率ω高出几倍，所以随动系统的动力学误差在一个壳体旋转自补偿周期内可以忽略式中，α如果壳体旋转轴与光电角度传感器轴间始终一致，则有：那么精确到框架随动系统的误差为：由于静电陀螺仪转子旋转轴视运动的速度是缓慢变化的时间函数，α(t)、β(t)实际上可视为常值，则转子漂移速度可表示为式中，τ——陀螺仪失调时间常数。框架随动系统误差使机械上与静电陀螺仪壳体无关连的转子旋转轴与壳体旋转轴间产生失调，且当壳体旋转时这种失调不能自动补偿，这就会导致方向不变的干扰力矩作用在转子上，使转子的运动中产生常值漂移分量。当光电传感器轴与壳体旋转轴间未引入偏角时，随动系统误差直接反映在框架各环的运动中，使高度环和方位环运动中附加了“爬行”或“跳跃”等不规则运动，降低了测量值2旋转轴控制器为了对框架随动系统误差进行补偿，我们将安装在陀螺旋转壳体上的光电角度传感器轴与壳体旋转轴夹角调偏为θ，把壳体旋转轴绕转子轴的锥运动添加到陀螺仪壳体旋转中此时，表达式（4）变为下列形式：式中，ω为陀螺仪壳体的旋转角速度，θ为光电传感器轴与壳体旋转轴之间的偏角。这里不考虑由框架随动系统动力学误差造成的静电陀螺仪壳体的振荡。对式（6）两边求导可得表达式（7）:如果在一个壳体旋转自补偿周期T内，角速度图3中给出引入偏角前后陀螺框架高度环和方位环运动的h-q曲线图，其中，a图为引入偏角前的h-q曲线图，b图为引入偏角后的h-q曲线图。3转子上干扰建模由静电陀螺仪框架各环轴间的摩擦力矩和光电角度传感器的死区等引起的框架随动系统误差导致作用在转子上的干扰力矩，该干扰力矩通过壳体旋转无法得到补偿。通过将光电传感器轴相对壳体旋转轴调偏某一