罗经工作原理(讲义).ppt

1、电子控制陀螺罗经，哈桑工程高等院校自动化学院，2009年5月，2009-05-01，哈桑工程高等院校自动化学院，2，陀螺仪：定义， 广义概念Gyroscope古希腊语：旋转传感器狭义概念绕自对称轴高速旋转的刚体陀螺：陀螺支撑和辅助装置某些测量功能破坏(干扰作用)因旋转受到的摩擦力非对称支撑而实现的干扰作用力矩，2009-05-01，哈注音字工程高等院校自动化学院，3，支撑改善：信息帧，支点， 改变自由度、支点位置，导入信息帧支撑结构的转子轴的自由度，对于2009-的非陀螺体，这里实验在先是指没有动量的物体。 当回转仪的转子围绕其极轴x高速旋转时，无论怎样移动或旋转，座底都不旋转。 如图2所示，

2、主轴在空间中指向的方向不变。 主轴的方向是否稳定取决于转子的转速和重量。 转速高，重量重，方向性强。 方向性强的回转仪，即使受到短时间的强烈冲击而施加到平衡环上，对于主轴的本来位置也不会产生显着的效果。2009-05-01、哈注音字工程高等院校自动化学院、5、陀螺仪的第二特性进动性、外接力矩使陀螺仪运动的特性发生变化，施加在陀螺仪的外平衡环上的力矩使陀螺仪围绕内平衡环轴旋转。 相反，施加在内平衡环上的力矩会引起陀螺仪围绕外平衡环轴旋转。 施加力矩的方向改变时，平衡环的旋转方向也改变。 假设外力f作用于回转仪的主轴，如图3所示，如果转子不动，则主轴必须沿着f力的作用方向向下移动。 使整个转子绕y

3、轴旋转。 但是，当转子以高速旋转时，由于外力f，主轴不是沿着f力的方向移动，而是沿着f力的垂直方向、即图中的方向移动。 这个运动叫做前进。 那个前进角速度是。 主轴前进的方向可以由右手的心的方向法决定，伸出右手，大拇哥和四个手指垂直。 主轴指的是右手的心，四个手指指的是服从f力的方向，大拇哥指的是主轴的前进方向。2009-05-01、哈注音字工程高等院校自动化学院、6、陀螺的第三特性、陀螺力矩和陀螺效果在陀螺前进过程中，对应于外力矩m，存在与其大小相等、方向相反的逆力矩。 相对于高速旋转的物体，旋转轴改变方向时，产生陀螺力矩的现象称为陀螺效果。2009-05-01、哈注音字工程高等院校自动化学

4、院，7、陀螺罗经航海方面最早的应用，人类的初期航海采用指南针(指南针)，十九世纪后期，钢质轮船逐渐取代木质轮船，指南针不能再保证精度，极地附近指南针也有故障， 寻找可以代替的方位指示的德意志人的安休茨(Anschutz )开发了陀螺罗经，1909年，美国人的空间(Sperry )也独立开发了陀螺罗经，2009-05-01，汉注音字工程高等院校自动化学院，8，陀螺罗经的原理， 20001地理坐标系当地水平指北坐标系东北天地球自转角速度矢量地理坐标系中的成分为水平成分垂直成分、2009-05-01、汉注音字工程高等院校自动化学院、10、2陀螺仪主轴视运动、当地水平面(地理坐标系) 相对惯性空间的运

5、动：从东向西旋转由于其主轴不朝向惯性空间运动，在地球自转的作用下，陀螺仪主轴相对于当地的水平面(地理坐标系)运动，被称为“视运动”。主轴由西向东持续偏移：主轴指北不动主轴向东移动主轴向西移动，向东移动主轴向西移动，、2009-05-01，哈桑工程高等院校自动化学院，11，3陀螺经的无衰减运动，神经构造右图。 定义罗经坐标系xyz。 在摆式罗经中，通过在陀螺仪的内框下放入重物，使陀螺仪相对于x轴具有摆性，陀螺仪能够找到北方成为罗经。2009-05-01、哈注音字工程高等院校自动化学院，12、由于钟摆性，陀螺主轴在偏离水平面时前进，前进方向为主轴上升，向西前进主轴下降，向东前进，视运动向东上升，向

6、西下降，钟摆性向西下降，4陀螺经无由于地理坐标系和罗经坐标系之间的相互关系是地理坐标系围绕x轴罗经坐标系围绕Zn轴旋转、Y1、2009-05-01、汉注音字工业高等院校自动化学院、14、坐标系的汉注音字工程高等院校自动化学院15通常是小角度，因此对上述公式进行命令，而y轴是陀螺仪的自转轴因此，作用于罗经的主要是对(内框轴x ) (垂直轴z )陀螺仪不加任何控制，主轴相对于水平面的视动角速度，即主轴向东偏，为负，视动角速度为正，主轴向上移动，主轴向西倾斜，正，视动角速度为负，主轴向下移动，这就是所谓的“东升西” 生成的视运动必须通过罗经系统进行补偿，如：、2009-05-01、哈注音字工程高等院

7、校自动化学院、16、2009-05-01、哈注音字工程高等院校自动化学院、17、 螺线管罗盘的摆性是从加速度修正和电磁摆输出的信号，被处理后x轴的转矩计产生摆性，其作用与上述机械摆性的作用同样，产生主轴的“上西下东”前进。 从陀螺仪信号器输出的信号经由两个稳定电路而使伺服环跟随陀螺仪坐标系。 该罗经容易构成方位补正，如果将钟摆和水平力矩器(x轴)合并构成平滑电路，则使电流流过方位轴(z轴)力矩器，补偿地球自转和载波的运动，并使主轴追随子午面。 因此，这种罗经也被称为二态罗经。 如果、2009-05-01、哈桑工科高等院校自动化学院、18、5陀螺仪经无衰减运动方程式、假设陀螺仪主轴沿着x轴和z轴

8、有相对的地理坐标系的运动和，则主轴相对于惯性空间的角速度此时陀螺仪受到的外力矩只有x轴上的振动力矩在上面的方程中，陀螺仪的纬度是恒定的，可以根据方程2009-05-01、哈桑工程高等院校自动化学院、19、罗经的纬度进行补偿(这时，上面的两个方程是：、2009-05-01、哈桑工程高等院校自动化学院、) 这些个的两个方程式是电子控制罗经的运动方程式，如果简化得到的两个方程式都是无衰减简并性共振运动方程式(齐次方程式)且具有初始值，则主轴的端点为不衰减的圆周运动。2009-05-01、汉普顿工序高等院校自动化学院，21，6电子控制陀螺罗经的垂直衰减可以在水平轴或垂直轴上加上衰减力矩，以便使无阻尼振

9、动衰减，分别称为水平衰减和垂直衰减。 电控罗经常使用垂直跳大头针。 此时电控罗经的运动方程式为式中阻尼系数，维为力矩。从这两个公式可以推导出以下差分方程：2009-05-01，哈注音字工程高等院校自动化学院，22，从这两个公式可以看出，加上垂直衰减后，方位角和高度角都衰减了。 取运动方程的和可以得到它们的稳态误差。 这表示在北寻过程结束时陀螺主轴指向正北。 当然，这是上述“纬度修正”的条件。 从前面的差分方程可以画出分块图。 这是二次系统，不仅是常数，也是用于不同动作状态的其他传递函数。、2009-05-01、哈桑工程高等院校自动化学院、23、加上垂直衰减的方位角电路、电子控制罗经的原理构造分

10、块图、2009-05-01、哈桑工程高等院校载体如果具有北向速度和东向速度，则地理坐标系相对于惯性空间的变化速度(相关运动)是、2009-05-01、哈桑工科高等院校自动化学院，25，和前面一样，分解为罗经坐标系时，主轴的运动角速度为、2009-05-01、哈桑工科高等院校自动化学院，26，如果是上2式，由于得到两角度的稳定误差，所以有和由于、2009-05-01、哈桑工程高等院校自动化学院、27、以及相关联的航向都是可测量的，所以如果在修正计算机控制量和中添加两个补偿项，则公式中的每一个都可以实现为外测速度，这时罗经的运动方程式是：、2009-05-01、哈桑即陀螺仪主轴的高度稳定在水平面，

11、方位稳定在子午面。 2009-05-01、哈桑工程高等院校自动化学院、29、8陀螺仪漂移引起的误差和补偿，假定东经的速纬误差完全补偿，陀螺仪存在一定值漂移。 这时的罗经的运动方程式如果是命令，得到的系统的稳定误差对于罗经来说直接影响指向精度。 由上式可知，影响的是和这两项。 通常，摆动力矩远大于衰减力矩，因此对的影响远大于衰减力矩。 为了减小陀螺常漂移对罗经精度的影响，需要在补偿机控制量的基础上追加补偿项。 2009-05-01，哈注音字工程高等院校自动化学院，30，9积分补偿，陀螺漂移的原因很复杂，补偿不能完全进行。 另外，速纬误差也同样不能完全补偿。 这两个部分的剩馀伪误差可统一看作陀螺仪两个轴上的剩馀伪漂移和。