当前课程知识点：惯性导航原理 > 第六章 平台式惯导系统 > 6.2陀螺稳定平台工作原理 > 6.2.2 陀螺稳定平台工作原理
大家好
上一讲里我们提到
陀螺稳定平台的框架结构加上控制回路
可以使平台台体相对惯性空间
保持稳定或按给定规律运动
其实它分别对应平台的两种工作状态
即几何稳定状态和空间积分状态
这一讲
我们基于这两种工作状态
学习陀螺稳定平台的工作原理
所谓几何稳定状态
指的是平台台体
不受基座运动和干扰力矩的影响
而能相对惯性空间
保持方位稳定的工作状态
为分析方便
我们以单自由度陀螺仪组成的
单轴稳定平台为例来做具体描述
建立如图所示的一个简易单轴稳定平台
在外力矩作用下
平台台体A可以相对基座B绕自由轴OYp转动
平台轴端装有力矩电机C
将一个单自由度陀螺仪安装在平台台体上
初始安装时
必须使陀螺仪的输入轴OY
和平台的转动轴OYp平行
陀螺仪的输入轴OY
输出轴OX和转子轴OZ三轴正交
并符合右手法则
其中
T S分别代表陀螺仪的力矩器 传感器
构造控制回路G
接收陀螺仪传感器S的输出信号U
产生与U成比例的电流信号I到平台力矩电机C
将平台轴 陀螺仪 回路放大器
及平台轴上力矩电机组成的回路
称为平台的伺服回路或稳定回路
平台转动轴上如果有干扰力矩Md作用
按照牛顿第二定律
则会相应的产生
与Md同向的角加速度 角速度
这个时候
陀螺仪就会敏感到这个角速度
在陀螺仪的输出轴OX上产生陀螺力矩
方向符合右手法则
在此陀螺力矩作用下
沿OX轴也会产生角加速度 角速度
继而出现转角θ
按照陀螺力矩产生的条件
OX轴上的角速度θ一点
会使陀螺仪在输入轴OY
向上产生一个陀螺力矩Hθ一点
因为陀螺仪沿OY向没有自由度
此力矩将会直接作用在平台转动轴OYp上
方向与力矩Md相反
即此陀螺力矩用来平衡干扰力矩Md
陀螺仪转子轴绕陀螺输出轴进动θ角后
信号传感器S输出电压U
经控制回路电路解调校正放大后
加给平台轴上力矩电机C
电机产生力矩Mm
与陀螺力矩Hθ一点一起平衡干扰力矩
合外力矩为零
从而使平台台体处于稳定状态
平台的稳定过程
可以用如图所示的原理示意图来表示
可以看出
平台几何稳定工作状态
是自动控制原理中典型的负反馈控制
接下来
我们学习平台的空间积分工作状态的原理
空间积分状态又称指令跟踪状态
或指令角速率状态
指的是在指令电流控制下
平台相对惯性空间以给定规律转动的工作状态
显而易见
要控制平台按要求转动
必须解决两个问题
第一 指令电流加在哪里
第二 平台的转动与指令电流
是一个什么样的数学关系
需要明确的是
平台首先是处于稳定工作状态的
因此如果此时
将指令电流I加到平台轴上的力矩电机C上
会产生力矩M1作用在平台转动轴OYp上
但该力矩会被当成干扰力矩
平台稳定回路产生平衡力矩平衡掉
平台轴上合外力矩为零
平台台体不会转动
那么如果将该指令电流
加到陀螺仪力矩器T上呢
此时力矩器T也会产生一个
沿陀螺仪输出轴OX作用的力矩M2
大小与电流I成正比
在M2作用下
陀螺仪将绕OX轴转动
这样 陀螺仪信号传感器S就输出
与M2成比例的电压信号U
该电压信号经放大器放大后
驱动平台力矩电机
力矩电机带动平台绕OYp轴
相对惯性空间以角速度α一点转动
也就是说
如果要求平台绕OYp轴
以角速度α一点相对惯性空间转动
就必须给陀螺仪力矩器输入一个指令电流I
我们接着分析
指令电流I与转动角度α的关系
当平台绕OYp轴以角速度α一点转动时
单自由度陀螺仪会敏感到这个转动角速度
产生陀螺力矩作用在陀螺仪输出轴上
大小与M2相等
方向与之相反
等式稍做整理即可看出
平台相对惯性空间的转角α
和指令电流I的积分成正比
空间积分状态的叫法也是由此而来的
陀螺稳定平台根据不同的导航需求
选择相应的工作状态
好 这一讲的内容就到这里
谢谢大家
-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
