第6章-陀螺仪漂移及测试
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一 伺服跟踪法的基本原理
2020/8/3
10
§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
一 伺服跟踪法的基本原理
单自由度陀螺的单轴转台测漂
2020/8/3
11
§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
一 伺服跟踪法的基本原理
双自由度陀螺的单轴转台测漂
2020/8/3
12
§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
二 伺服跟踪法的测速方法
ie ey T
得到在同一时间间隔内转台相对惯性空间的转角
ip ie p
用时间间隔相除，即得到陀螺的漂移角速度
d ip / T ey p
2020/8/3
14
§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
三 伺服跟踪法的转台轴的取向
1. 输入轴在水平面内沿东西方向
d p
2. 输入轴与地球自转轴平行
d e p
陀螺漂移产生的原因是作用在陀螺上的干扰 力矩根据干扰力矩的性质及其变化规律，干扰力 矩可以分为两类：
• 确定性干扰力矩 有规律、可试验或计算确定，易于 补偿。
• 随机性干扰力矩 无规律性。引起陀螺的随机漂移， 只能用统计方法来估计其概率统计 特性。
2020/8/3
6
§6.2 影响陀螺漂移的主要因素
x N
yK ly
lz
ey e coscosK
z
d
Mb H
KM I Bx /H
ωe cos cosK
2020/8/3
21
§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
二 力矩反馈法法中陀螺相对地理坐标系的取向
陀螺相对地理坐标系的位置需借助转台
3．陀螺自转轴沿当地铅垂线方向
z x
ey e coscosK
ly y
陀螺相对地理坐标系的位置需借助转台
1．陀螺输入轴沿当地前垂线方向
y
ly
x
ey e sin
o lz
d
Mb
mglz H
K M I Bx / H esinቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
z
2020/8/3
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§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
二 力矩反馈法法中陀螺相对地理坐标系的取向
陀螺相对地理坐标系的位置需借助转台
2．陀螺输出轴沿当地铅垂线方向
第六章 陀螺仪的测试与标定
2020/8/3
1
§6.1 陀螺漂移的基本概念
一 自由陀螺的漂移
由于各种原因，在陀螺上往往作用有人们所不希 望的各种干扰力矩，在这些可能是很小的干扰力矩 的作用下，陀螺将产生进动，从而使角动量向量慢 慢偏离原来的方向，我们把这种现象称为陀螺的漂 移。把在干扰力矩作用下陀螺产生的进动角速度称 为陀螺的漂移角速度或角速率。
力矩反馈法采用的是力矩平衡的静力学方法，因 此必须测量系统稳定时各个参数的数值，对系统的稳 定性如何判定有较高的要求。
力矩反馈法测定漂移速度只须备有足够分辨力和 精度电流记录装置就能测出陀螺的瞬时漂移。当然对 力矩器刻度因子的稳定性和线性度有很高的要求。
2020/8/3
17
§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
3
§6.1 陀螺漂移的基本概念
二 单自由度浮子陀螺的漂移
力矩器
IA
信号器
OA
SA
放大器
当沿着陀螺输入轴的角速度等于什么数值时，才能使一个 闭环系统中实际使用的陀螺仪的信号传感器输出信号为零。这 个角速度的大小称为单自由度浮子陀螺的漂移角速度。
2020/8/3
4
§6.1 陀螺漂移的基本概念
三 双自由度浮子陀螺的漂移
d ey p
精确定位定向，即陀螺输入轴与转台轴平行，并且要使 转台在地理坐标系中精确定向。 精确地测出转台的转速。
2020/8/3
13
§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
二 伺服跟踪法的测速方法
首先在一段时间间隔内，观测转台相对地球的转角，然后根 据地球自转角速度沿转台方向的分量通过计算求得在这段时 间内地球相对惯性空间的转角
ωd
Mb
mgly H
KM IBx /H
ωe cos cosK
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22
§6.5 陀螺漂移的数学模型
所谓陀螺漂移的数学模型，就是指描述陀螺 漂移变化规律的数学表达式。在建立正确的数 学模型的基础上，陀螺漂移测试和数据处理的 目的就在于确定数学模型中的各个参数的大小 及其稳定性，分析这些参数与物理因素之间的 关系，从而找到改进陀螺性能的方向和途径， 并为陀螺的使用提供误差补偿数据。
3. 输入轴沿当地垂线方向
d e sin p
2020/8/3
15
§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
一 力矩反馈法法的原理
力
信
矩
陀螺转子 号
器
器
前置放大器
解调
记录器
K M I Bx iy H M b
d
Mb H
KM I Bx
/H
iy
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§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
一 力矩反馈法法的原理
2020/8/3
2
§6.1 陀螺漂移的基本概念
一 自由陀螺的漂移
ωd M b / H
自由陀螺存在漂移实际上是说明工程实际中的 陀螺仪与陀螺仪模型之间的差别，这种差别的表 现就是干扰力矩的存在，干扰力矩破坏了陀螺仪 的定轴性，使陀螺仪的角动量向量在惯性空间中 发生了变化，包括其大小和方向。
2020/8/3
一 力矩反馈法法的原理
力矩器
IA
信号器
OA
记录 装 置 加矩电流
SA 放大器
单自由度陀螺的力矩反馈法测漂
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§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
一 力矩反馈法法的原理
双自由度陀螺的力矩反馈法测漂
2020/8/3
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§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
二 力矩反馈法法中陀螺相对地理坐标系的取向
对于确定性干扰力矩，根据其与加速度的分为：
•与加速度无关的干扰力矩，例如弹性力矩、电磁力矩等。 • 与加速度成比例的干扰力矩，例如由于陀螺质量偏心引起 的干扰力矩。 •与加速度平方成比例的干扰力矩，例如由非等弹性引起的 干扰力矩。
2020/8/3
7
§6.2 影响陀螺漂移的主要因素
干扰力矩的分类及其所产生的陀螺漂移
1. 摩擦力矩及其引起的漂移 2. 不平衡力矩及其引起的漂移 3. 非等弹性力矩及其引起的漂移
2020/8/3
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§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
一 伺服跟踪法的基本原理
力
信
矩
陀螺转子 号
器
器
前置放大器
解调
校正
转台 驱动电机
角度输出 时基
记录 功放
d ey p
2020/8/3
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§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
对伺服状态的双自由
度陀螺而言，其内环轴
外环轴
和外环轴分别既是IA又
是OA，都有信号器和力
矩器，且交叉连接，构
成两个闭环回路。这样，
就可以用两个力矩器的
加矩电流
电流分别表示沿两根轴
内环轴
的漂移角速度。假定陀
加矩电流
螺在工作过程中力矩轴
是正交的，总漂移角速 度为：
d
2 dx
2 dy
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§6.2 影响陀螺漂移的主要因素
2020/8/3
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§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
一 伺服跟踪法的基本原理
单自由度陀螺的单轴转台测漂
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§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
一 伺服跟踪法的基本原理
双自由度陀螺的单轴转台测漂
2020/8/3
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§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
二 伺服跟踪法的测速方法
ie ey T
得到在同一时间间隔内转台相对惯性空间的转角
ip ie p
用时间间隔相除，即得到陀螺的漂移角速度
d ip / T ey p
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§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
三 伺服跟踪法的转台轴的取向
1. 输入轴在水平面内沿东西方向
d p
2. 输入轴与地球自转轴平行
d e p
陀螺漂移产生的原因是作用在陀螺上的干扰 力矩根据干扰力矩的性质及其变化规律，干扰力 矩可以分为两类：
• 确定性干扰力矩 有规律、可试验或计算确定，易于 补偿。
• 随机性干扰力矩 无规律性。引起陀螺的随机漂移， 只能用统计方法来估计其概率统计 特性。
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§6.2 影响陀螺漂移的主要因素
x N
yK ly
lz
ey e coscosK
z
d
Mb H
KM I Bx /H
ωe cos cosK
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§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
二 力矩反馈法法中陀螺相对地理坐标系的取向
陀螺相对地理坐标系的位置需借助转台
3．陀螺自转轴沿当地铅垂线方向
z x
ey e coscosK
ly y
陀螺相对地理坐标系的位置需借助转台
1．陀螺输入轴沿当地前垂线方向
y
ly
x
ey e sin
o lz
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mglz H
K M I Bx / H esinቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
z
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§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
二 力矩反馈法法中陀螺相对地理坐标系的取向
陀螺相对地理坐标系的位置需借助转台
2．陀螺输出轴沿当地铅垂线方向
第六章 陀螺仪的测试与标定
2020/8/3
1
§6.1 陀螺漂移的基本概念
一 自由陀螺的漂移
由于各种原因，在陀螺上往往作用有人们所不希 望的各种干扰力矩，在这些可能是很小的干扰力矩 的作用下，陀螺将产生进动，从而使角动量向量慢 慢偏离原来的方向，我们把这种现象称为陀螺的漂 移。把在干扰力矩作用下陀螺产生的进动角速度称 为陀螺的漂移角速度或角速率。
力矩反馈法采用的是力矩平衡的静力学方法，因 此必须测量系统稳定时各个参数的数值，对系统的稳 定性如何判定有较高的要求。
力矩反馈法测定漂移速度只须备有足够分辨力和 精度电流记录装置就能测出陀螺的瞬时漂移。当然对 力矩器刻度因子的稳定性和线性度有很高的要求。
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§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
3
§6.1 陀螺漂移的基本概念
二 单自由度浮子陀螺的漂移
力矩器
IA
信号器
OA
SA
放大器
当沿着陀螺输入轴的角速度等于什么数值时，才能使一个 闭环系统中实际使用的陀螺仪的信号传感器输出信号为零。这 个角速度的大小称为单自由度浮子陀螺的漂移角速度。
2020/8/3
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§6.1 陀螺漂移的基本概念
三 双自由度浮子陀螺的漂移
d ey p
精确定位定向，即陀螺输入轴与转台轴平行，并且要使 转台在地理坐标系中精确定向。 精确地测出转台的转速。
2020/8/3
13
§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
二 伺服跟踪法的测速方法
首先在一段时间间隔内，观测转台相对地球的转角，然后根 据地球自转角速度沿转台方向的分量通过计算求得在这段时 间内地球相对惯性空间的转角
ωd
Mb
mgly H
KM IBx /H
ωe cos cosK
2020/8/3
22
§6.5 陀螺漂移的数学模型
所谓陀螺漂移的数学模型，就是指描述陀螺 漂移变化规律的数学表达式。在建立正确的数 学模型的基础上，陀螺漂移测试和数据处理的 目的就在于确定数学模型中的各个参数的大小 及其稳定性，分析这些参数与物理因素之间的 关系，从而找到改进陀螺性能的方向和途径， 并为陀螺的使用提供误差补偿数据。
3. 输入轴沿当地垂线方向
d e sin p
2020/8/3
15
§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
一 力矩反馈法法的原理
力
信
矩
陀螺转子 号
器
器
前置放大器
解调
记录器
K M I Bx iy H M b
d
Mb H
KM I Bx
/H
iy
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16
§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
一 力矩反馈法法的原理
2020/8/3
2
§6.1 陀螺漂移的基本概念
一 自由陀螺的漂移
ωd M b / H
自由陀螺存在漂移实际上是说明工程实际中的 陀螺仪与陀螺仪模型之间的差别，这种差别的表 现就是干扰力矩的存在，干扰力矩破坏了陀螺仪 的定轴性，使陀螺仪的角动量向量在惯性空间中 发生了变化，包括其大小和方向。
2020/8/3
一 力矩反馈法法的原理
力矩器
IA
信号器
OA
记录 装 置 加矩电流
SA 放大器
单自由度陀螺的力矩反馈法测漂
2020/8/3
18
§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
一 力矩反馈法法的原理
双自由度陀螺的力矩反馈法测漂
2020/8/3
19
§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
二 力矩反馈法法中陀螺相对地理坐标系的取向
对于确定性干扰力矩，根据其与加速度的分为：
•与加速度无关的干扰力矩，例如弹性力矩、电磁力矩等。 • 与加速度成比例的干扰力矩，例如由于陀螺质量偏心引起 的干扰力矩。 •与加速度平方成比例的干扰力矩，例如由非等弹性引起的 干扰力矩。
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§6.2 影响陀螺漂移的主要因素
干扰力矩的分类及其所产生的陀螺漂移
1. 摩擦力矩及其引起的漂移 2. 不平衡力矩及其引起的漂移 3. 非等弹性力矩及其引起的漂移
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§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
一 伺服跟踪法的基本原理
力
信
矩
陀螺转子 号
器
器
前置放大器
解调
校正
转台 驱动电机
角度输出 时基
记录 功放
d ey p
2020/8/3
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§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
对伺服状态的双自由
度陀螺而言，其内环轴
外环轴
和外环轴分别既是IA又
是OA，都有信号器和力
矩器，且交叉连接，构
成两个闭环回路。这样，
就可以用两个力矩器的
加矩电流
电流分别表示沿两根轴
内环轴
的漂移角速度。假定陀
加矩电流
螺在工作过程中力矩轴
是正交的，总漂移角速 度为：
d
2 dx
2 dy
2020/8/3
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§6.2 影响陀螺漂移的主要因素