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2.2.2 单自由度陀螺仪基本特性在线视频

下一节:2.3 知识导授

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2.2.2 单自由度陀螺仪基本特性课程教案、知识点、字幕

大家好

在上一讲里

我们学习了二自由度陀螺仪的基本特性

单自由度陀螺仪在结构上

与二自由度陀螺仪的区别

是它少了一个框架

故相对基座而言

它少了一个转动自由度

那么

单自由度陀螺仪

又会呈现出什么不同特性呢

首先通过仿真实验

来观察陀螺仪的运动现象

第一个仿真实验

单自由度陀螺仪在基座绕不同轴向转动时

观察转子轴向的运动

当基座绕陀螺框架轴Ox转动时

转子轴向不动

框架仍然起到隔离运动的作用

陀螺仪呈现的是定轴性

当基座绕陀螺缺少自由度的方向

即OY向转动时

我们可以看到转子轴向改变了

转子轴随基座绕OY轴转动的同时

还绕框架轴OX进动

并出现进动转角

自转轴Oz将趋向与Oy轴重合

若基座转动的方向相反

则陀螺仪绕框架轴进动的方向也相反

从仿真结果可看出

单自由度陀螺仪

有区别二自由度陀螺仪的特性

我们称为

敏感缺少自由度方向角运动的特性

我们再做第二个仿真实验

单自由度陀螺仪框架轴OX向上

有外力矩Mx作用时

观察转子轴向的运动

可以看出

陀螺仪如同一般刚体那样

绕框架轴转动起来

转动方向与外力矩方向一致

如何解释这样的运动现象呢

我们做一个简单的力学分析

当基座绕Oy轴以ωy角速度转动时

由于陀螺仪绕该轴没有转动自由度

所以基座转动时

将通过框架轴上的一对支撑

带动框架连同转子一起转动

即强迫陀螺仪绕OY轴转动

而这时

陀螺仪的定轴性

使自转轴仍力图保持原来的空间方位稳定

于是

基座转动时框架轴上的一对支撑

就有推力FA作用在框架轴的两端

并形成推力矩MA作用在陀螺仪上

其方向沿OY轴的正向

借助二自由度陀螺仪进动性的分析思路

陀螺仪受到力矩作用

会绕着交叉轴即图中框架轴OX向产生进动

由于单自由度陀螺仪绕框架轴

仍然存在转动自由度

所以这个推力矩MA就强迫陀螺仪

产生绕框架轴OX的进动

产生进动角度

角度大小正比于ωy

在第二个实验中

外力矩MX绕框架轴Ox的正向作用

同样基于陀螺仪产生进动的条件和公式可知

陀螺仪将试图以角速度MX

比H绕OY轴的正向进动

假设此时基座绕OY轴没有转动

由于框架轴上一对支撑的约束

这时进动是不可能实现的

但其进动趋势仍然存在

并对框架轴两端的支撑施加压力

于是

支撑就产生约束反力FB作用在框架轴的两端

并形成约束反力矩MB作用在陀螺仪上

其方向沿OY的负向

同样的道理

由于陀螺仪绕框架轴仍然存在转动自由度

所以

这个约束反力矩就使陀螺仪产生绕框架轴的进动

按照右手法则

进动角速度沿框架轴Ox的正向

也就是说

单自由度陀螺仪

在框架轴外力矩的作用下

呈现出普通刚体

受外力矩运动的现象

但是转动的大小

却是符合进动的公式ω=MX / H

通过上面的分析

可以得出结论

一

单自由度陀螺仪

是载体角速度测量装置

载体沿着单自由度陀螺仪缺少自由度方向

即输入轴向有转动角速度时

陀螺仪会绕着框架轴

即输出轴转动

这个时候

装在框架轴上的角度传感器

就会有信号输出

输出大小正比于敏感的转动角速度

二

单自由度陀螺仪框架轴上的干扰力矩

是引起陀螺仪漂移的主要因素

我们原本希望

当陀螺仪基座

绕输入轴没有角速度输入时

陀螺仪绕输出轴的转角为零

但当陀螺仪输出轴上

有力矩作用时

力矩使陀螺仪绕输出轴转动起来

输出轴上的传感器有信号输出了

这个输出是我们不希望的

称为误差信号

其大小的计算

与二自由度陀螺仪漂移率的计算公式具有完全相同的形式

因此

外力矩引起的

单自由陀螺仪的转动

我们也称为陀螺仪的漂移

漂移大小是衡量陀螺仪精度的

重要指标

好

这一讲的内容就到这里

谢谢大家

惯性导航原理课程列表：

第一章概述

-1.1惯性导航基本概念

--1.1.1 知识导授

--1.1.2 惯性导航基本概念

--1.1.3 小节测试

-1.2惯性导航技术发展史

--1.2 知识导授

--1.2.1 惯性导航技术发展史（一）

--1.2.2 惯性导航技术发展史（二）

--1.2.3 小节测试

-1.3惯性导航常用坐标系

--1.3 知识导授

--1.3.1 惯性坐标系与地球坐标系

--1.3.1 小节测试

--1.3.2 地理坐标系

--1.3.2 小节测试

--1.3.3 弹体坐标系与发射坐标系

--1.3.3 小节测试

-第一章讨论

第二章陀螺仪基本理论

-2.1陀螺仪的定义及分类

--2.1.1 知识导授

--2.1.2 陀螺仪定义及分类

--2.1.3 小节测试

-2.2刚体转子陀螺仪的基本特性

--2.2 知识导授

--2.2.1 二自由度陀螺仪基本特性

--2.2.2 单自由度陀螺仪基本特性

--2.2.3 小节测试

-2.3陀螺仪运动方程的建立

--2.3 知识导授

--2.3.1 动静法

--2.3.1 小节测试

--2.3.2 二自由度陀螺仪运动方程

--2.3.2 小节测试

--2.3.3 单自由度陀螺仪运动方程

--2.3.3 小节测试

-2.4陀螺仪运动特性分析

--2.4 知识导授

--2.4.1 二自由度陀螺仪运动特性分析

--2.4.1 小节测试

--2.4.2 单自由度陀螺仪运动特性分析

--2.4.2 小节测试

-第二章主观题

-第二章讨论

第三章惯性仪表陀螺仪

-3.1三浮陀螺仪

--3.1.1 知识导授

--3.1.2 三浮陀螺仪

--3.1.3 小节测试

-3.2静电陀螺仪

--3.2.1 知识导授

--3.2.2 静电陀螺仪

--3.2.3 小节测试

-3.3动力调谐陀螺仪

--3.3.1 知识导授

--3.3.2 动力调谐陀螺仪

--3.3.3 小节测试

-3.4光学陀螺仪

--3.4 知识导授

--3.4.1 sagnace效应

--3.4.1 小节测试

--3.4.2 光纤陀螺仪

--3.4.2 小节测试

--3.4.3 激光陀螺仪

--3.4.3 小节测试

-3.5振动陀螺仪

--3.5.1 知识导授

--3.5.2 振动陀螺仪

--3.5.3 小节测试

-3.6 原子陀螺仪

--3.6.1 知识导授

--3.6.2 原子陀螺仪

--3.6.3 小节测试

-第三章主观题

-第三章讨论

第四章惯性仪表加速度计

-4.1加速度计的测量原理

--4.1.1 知识导授

--4.1.2 加速度计的基本原理

--4.1.3 小节测试

--4.1.4 比力方程

--4.1.5 小节测试

-4.2石英挠性摆式加速度计

--4.2.1 知识导授

--4.2.2 石英挠性摆式加速度计

--4.2.3 小节测试

-4.3陀螺积分加速度计

--4.3.1 知识导授

--4.3.2 陀螺积分加速度计

--4.3.3 小节测试

-第四章主观题

-第四章讨论

思政讨论

-思政讨论题

第五章惯性仪表误差模型及标定

-5.1基本概念

--5.1.1 知识导授

--5.1.2 基本概念

--5.1.3 小节测试

-5.2陀螺仪静态误差模型

--5.2.1 知识导授

--5.2.2 陀螺仪静态误差模型

--5.2.3 小节测试

-5.3加速度计静态误差模型

--5.3.1 知识导授

--5.3.2 加速度计静态误差模型

--5.3.3 小节测试

-5.4惯性仪表误差标定测试

--5.4.1 知识导授

--5.4.2 惯性仪表误差标定测试

--5.4.3 小节测试

-第五章主观题

第六章平台式惯导系统

-6.1陀螺稳定平台功能、组成

--6.1.1 知识导授

--6.1.2 陀螺稳定平台功能组成

--6.1.3 小节测试

-6.2陀螺稳定平台工作原理

--6.2.1知识导授

--6.2.2 陀螺稳定平台工作原理

--6.2.3 小节测试

-6.3陀螺稳定平台性能分析

--6.3.1 知识导授

--6.3.2 陀螺稳定平台性能分析

--6.3.3 小节测试

-6.4平台式惯导系统导航原理

--6.4 知识导授

--6.4.1 解析式平台系统

--6.4.1 小节测试

--6.4.2半解析式平台系统

--6.4.2小节测试

-第六章主观题

第七章捷联式惯导系统

-7.1捷联式惯导系统工作原理

--7.1.1 知识导授

--7.1.2 捷联式惯导系统工作原理

--7.1.3 小节测试

-7.2 四元数及坐标转换

--7.2.1 知识导授

--7.2.2 四元数及坐标转换

--7.2.3 小节测试

-7.3捷联式惯导系统导航参数解算

--7.3.1 知识导授

--7.3.2 捷联惯导系统导航参数解算

--7.3.3 小节测试

-第七章主观题

-第七章讨论

2.2.2 单自由度陀螺仪基本特性笔记与讨论

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