当前课程知识点:惯性导航原理 > 第四章 惯性仪表加速度计 > 4.3陀螺积分加速度计 > 4.3.2 陀螺积分加速度计
同学们
这节课我们学习
陀螺积分加速度计
陀螺积分加速度计
也称摆式积分陀螺加速度计
是一个质心偏离框架轴
二自由度陀螺仪
陀螺积分加速度计测量精度高
测量范围大 耐冲击
抗振性好 可靠性高
工作原理和结构
与其他类型加速度计相比
有明显区别
它的作用原理 结构形式
加工调试和测试方法
都具有陀螺的特点
这种加速度计
是目前性能最好的加速度计
在宽的动态范围内有很高分辨率
用于战略导弹制导
是迄今为止 唯一能够满足
战略导弹推进轴要求加速度计
首先学习陀螺积分加速度计组成
这是陀螺积分加速度计结构组成图
主要包括 表头 伺服回路和输出装置
表头为一个偏心二自由度陀螺仪
转子角动量为H
有一个质量为m偏心质量块
固定在内环上
偏心质量块至内环轴距离为L
外环轴y既为输入轴又为输出轴
伺服回路由内环轴 x轴传感器
回路放大器和力矩马达组成
外环轴上角度传感器为输出装置
接着学习
陀螺积分加速度计工作原理
首先讨论测量原理
当载体沿外环轴y轴方向
以加速度aby运动
产生绕内环轴摆力矩mLaby
在摆力矩作用下
陀螺仪绕外环轴正向进动
进动角速度大小为(1)式
(2)式和(3)式为进动角度
V为载体速度 V0为初始速度
由于陀螺仪绕外环轴 进动转角
与载体加速度对时间积分
运动速度成正比
所以称之为陀螺积分加速度计
又因为是利用内环上偏心质量块
形成摆性 感受载体运动加速度
所以又称为摆式陀螺积分加速度计
再讨论伺服回路工作原理
我们知道
在陀螺仪外环轴
不可避免存在干扰力矩
使陀螺仪产生绕内环轴进动
设外环轴干扰力矩为Mdy
陀螺仪绕内环轴进动转角为θx
角动量H和摆臂L有效值
都将发生变化
从而造成测量误差
当进动转角θx 达到90度时
自转轴与外环轴重合
陀螺仪无法正常工作
这种简单的陀螺积分加速度计
只能在精度要求较低
工作时间较短情况下使用
为提高陀螺积分加速度计
性能与精度
必须增设一套伺服回路
伺服回路由内环轴上信号器
伺服放大器 外环轴力矩器组成
当外环轴干扰力矩Mdy
使陀螺仪绕内环轴
出现转角θx
信号器输出与转角θx
成比例电压信号
u=kuθx ku为信号器放大系数
经放大器放大
输出与电压u成比例
电流信号i=kau
ka为放大器放大系数
力矩器产生与电流i成比例
伺服力矩Mgb=kmi
km为力矩器力矩系数
也就是说
外环轴上伺服力矩为
Mgb=kukakm乘以θx
等于大K乘以θx
与进动转角θx成比例
外环轴伺服力矩方向
与干扰力矩方向相反
当伺服力矩大小
与干扰力矩大小相等时
陀螺仪绕内环轴停止进动
此时
陀螺仪绕外环轴的进动是自由的
陀螺积分加速度计中
作用在外环轴力矩有干扰力矩Mdy
伺服回路产生的伺服力矩Mgb
作用在内环轴力矩
有加速度所引起摆力矩mLaby
干扰力矩Mdx
根据动静法
不难列出 不计阻尼力矩时
陀螺积分加速度计运动方程式
式中 Ix和Iy分别为陀螺仪
绕内外环轴转动惯量
根据运动方程式可以画出
陀螺积分加速度计方块图
结合运动方程和传递函数方块图
可以得到
陀螺仪绕内环轴稳态转角
绕外环轴输出转角
一式为外环轴上干扰力矩Mdy
引起陀螺仪绕内环轴稳态转角
伺服回路增益足够大时
该转角是足够小的
自转轴自然相当精确地
与外环轴保持垂直关系
消除了外环轴上
干扰力矩对仪表工作影响
二式 绕外环轴输出转角中
包含内环轴干扰力矩Mdx影响
从而造成仪表测量误差
因此
应当尽量减小内环轴干扰力矩
测量精度要求很高时
内环轴支承可以采用液浮支承
或气浮支承
但这也增加仪表本身结构复杂性
这种加速度计
结构复杂 造价较高
体积和重量也较大
这节课我们学习到这里
-1.1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
--1.2.3 小节测试
-1.3惯性导航常用坐标系
--1.3 知识导授
--1.3.1 小节测试
--1.3.2 小节测试
--1.3.3 小节测试
-2.1陀螺仪的定义及分类
--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
--2.2.3 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 小节测试
--2.3.2 小节测试
--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 小节测试
--2.4.2 小节测试
-第二章 主观题
-3.1三浮陀螺仪
--3.1.3 小节测试
-3.2静电陀螺仪
--3.2.3 小节测试
-3.3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 小节测试
--3.4.2 小节测试
--3.4.3 小节测试
-3.5振动陀螺仪
--3.5.3 小节测试
-3.6 原子陀螺仪
--3.6.3 小节测试
-第三章 主观题
-4.1加速度计的测量原理
--4.1.3 小节测试
--4.1.5 小节测试
-4.2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
--4.3.3 小节测试
-第四章 主观题
-5.1基本概念
--5.1.3 小节测试
-5.2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
--5.3.3 小节测试
-5.4惯性仪表误差标定测试
--5.4.3 小节测试
-第五章 主观题
-6.1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
--6.2.3 小节测试
-6.3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 小节测试
--6.4.2小节测试
-第六章 主观题
-7.1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
--7.2.3 小节测试
-7.3捷联式惯导系统导航参数解算
--7.3.3 小节测试
-第七章主观题