动力调谐陀螺仪
动力调谐陀螺仪误差分析及补偿技术——陈智民
d.驱动轴二倍旋转频率的角振动引起的 误差
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二、动调陀螺仪结构误差分析与补偿
a.剩余刚度和阻尼效应引起的漂移误差: 如果陀螺存在剩余刚度和阻尼效应，则当自转 轴与驱动轴之间出现相对角偏移时，就有同相弹 性力矩和正交弹性力矩作用在转子上，使自转轴 进动偏离原来所稳定的方位，极点沿着收敛螺线 返回原点。这种自转轴的方位偏离就是漂移。 补偿技术： 1）尽量减小锥形进动角频率。 2）尽量增大陀螺仪的时间常数。 3）尽量减小自转轴与驱动轴之间的角偏移。
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二、动调陀螺仪结构误差分析与补偿
b.质量不平衡引起的漂移误差： 在实际的仪表结构中，由于加工和装配误差， 不可能绝对精确地保证转子质心和平衡环质心 都位于挠性支承中心上，也不可能绝对精确的 保证内、外挠性轴轴线相交于一点。 补偿技术： 挠性接头制造好了，内外挠性轴轴线偏离的 距离便成定值。为了工艺上调整方便，可以先 绕外挠性轴进行静平衡，然后再通过绕内挠性 轴进行静平衡。在对陀螺仪进行精细的静平衡 以后，质量不平衡漂移系数可以达到很小。
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三、动调陀螺仪应用误差分析与补偿
动力调谐陀螺温度变化引起的误差分析： 温度变化对动力调谐陀螺仪各部分的影响包 括:转子体质心轴向偏移,力矩器力矩系数变化, 动力调谐陀螺仪调谐状态变化,信号器标度因数 变化,风阻力矩变化. 中等精度的动力调谐陀螺 仪所产生的温度漂移是不容忽视的,所以必须采 取措施减小温度变化对陀螺仪性能的影响. 补偿技术： 惯性器件结构设计补偿法是一种减少温度影 响的方法。结构设计补偿方法有力矩器热敏磁 分路补偿法和电路补偿法等。
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四、总结
动力调谐陀螺仪惯导系统中，因载体而产生的 几种误差对导航性能具有很大的影响，如圆锥误差 、挠性陀螺刻度因数非线性、姿态角速率引起的加 表零位变化误差等。这些误差的分析和补偿都是建 立在陀螺仪或系统精确的数学或物理模型（动力学 误差模型，静态误差模型、动态误差模型、运动模 型等）基础上的，所以在此没有讨论。
现代导航技术第五章(动力调谐陀螺)
sx
km I y L
x
因此，稳态时转子始终跟随壳体相对惯性空间作同步 转动，施矩电流Iy、Ix的大小和极性可以分别反映出 壳体转动角速度ωx、ωy的大小和方向。所以具有双 轴速率陀螺仪的功能。
பைடு நூலகம்28
§5.3 动力调谐速率陀螺仪的构成与分析
二、动力调谐速率陀螺仪的力矩器特性分析 例：设动力调谐速率陀螺仪动量矩L=0.1kg.m2/s。若 测量的最大速率ωmax=400°/s，则要求力矩器给 出的最大力矩为：
M s max Lmax 0.1 (400
180
) 0.64 N m
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§5.2 动力调谐陀螺的调谐机理及其漂移误差
二、动力调谐陀螺的动力调谐机理
• 所谓“动力调谐”，是指挠性接头固有的弹簧刚度恰好精确地 被动力引进的弹簧刚度所抵消，从而消除了挠性支承对转子 的弹性约束。 • 通过调节挠性轴弹簧刚度K、平衡环转动惯量Ie(横向转动惯 量)和Iz（极转动惯量），或者调节转子自转角速度，可满足 动力调谐条件：
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§5.2 动力调谐陀螺的调谐机理及其漂移误差
三、动力调谐陀螺仪的漂移误差
从表现形式来说，漂移误差可以分为以下几类： 1、对g不敏感的零偏： 2、对g敏感的零偏； 3、零均值随机零偏； 4、标度因数误差；
该类陀螺仪对于线加速度、角加速度、振动、磁场、温度 场的变化敏感，会导致测量误差。
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§5.2 动力调谐陀螺的调谐机理及其漂移误差
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§5.1 动力调谐陀螺的结构及特点
三、动力调谐陀螺仪的结构组成 挠性接头的材料特性：
动力调谐陀螺仪概要
动力调谐陀螺仪的原理结构图
在陀螺壳体上安装了位置中心对称的两 对信号器和两对力矩器，一轴上的电气对 称轴与另一轴上额的电气对称轴相互正交， 是陀螺的测量基准轴，同轴上的力矩器和 信号器的电气对称轴相重合。
转子镶有径向充磁的磁钢，力矩器是绕制在 陶瓷片骨架上圆柱面内的线圈，线圈有效工作段 镶在转子的环形槽内，且与环形槽留有一定的活 动空隙。当线圈通入施矩电流时，在径向磁场的 作用下，转子受到沿转子自转轴方向的电磁作用 力，同轴上的力矩器工作在推挽状态，产生的电 磁作用力对另一轴形成力偶，从而实现对陀螺施 矩。 信号器用来测量转子赤道平面相对壳体基准 面（由电气对称轴确定的平面）的偏转角，同轴 上的信号器输出接成差动形式。
1、优化设计，提高陀螺性能重复性和稳定 性 a、优化设计多种挠性接头，并进行试验验 证，提高了陀螺承载能力和重复性，减小 了陀螺 g 2 误差； b、优化设计磁路，提高了陀螺性能的稳定 性。
2、应用和研制新器件，提高陀螺使用精度 和使用寿命
a、应用轴联轴承，缩小了陀螺体积，提高了轴承 的承载能力、轴系的旋转精度和电机寿命； b、研制混合磁路式永磁力矩器，提高了力矩器磁 路的工作效率，降低了磁路分布的不均匀性，减 小了漏磁率，减小了陀螺常值漂移系数的大小， 提高了逐次稳定性； c、研制永磁磁滞电机，采用磁滞启动，永磁主工 作的工作方式，启动方便，陀螺性能重复性好。
未来发展展望
总结以往经验，参考应用情况，未来应在 下列方面重点发展： 1、研制大动态、高使用精度的动力调谐陀 螺，满足武器装备的需求； 2、研制小尺寸、低成本、中低精度的动力 调谐陀螺，可用到常规武器和石油勘探等 广阔民用领域。
动力调谐陀螺仪的基本原理、 主要特点及应用情况
张小东 2120121057
动力调谐挠性陀螺仪_光纤陀螺仪的测试及分析_侯煜
ωd =-MHy ωd =MHx
(1)
根据陀螺仪漂移与载体加速度之间的关系 , 可
把陀螺仪有规律的 、系统性的漂移分为 3种 :(1)与
加速度无关的漂移 。 一般由弹性力矩 、电磁或静电
干扰力矩等产生 。 (2)与加速度成比例的漂移 。 一
般是由于与陀螺仪质心偏离支承中心形成轴向或径
向质量不平衡所引起 。 (3)与加速度平方成比例的
平衡的滤波效应引起的漂移系数 ; D(x)xx、D(y)yz为陀螺仪 x、y轴上由转子支承
系统 沿 xz、 yz方 向 不 等 弹 性 引 起 的 漂 移 系 数 ; D(x)yz、D(y)xx为陀螺仪 x、y轴上与 g平方有关的 其它漂移系数 ;gx、gy、gz为重力加速度沿陀螺仪 x、 y、z轴上的分量 ;ωx、ωy为陀螺仪壳体分别绕 x、y轴 相对于惯性空间的角 速度 ;Ex、Ey为陀螺仪 x、y轴 上的随机漂移率 。
用力矩反馈法测试漂移时 , 式 (1)中的 D(x)xz gxgz与 D(y)yzgygz在 8位置测试中并不出现 ,
图 2 力矩反馈法漂移测试的 原理
D(x)yzgygz与 D(y)xzgxgz项无实际意义 , 均可略去 不计 。这样 , 式 (1.2)可以进一步简化为 :
ωd =D(x)F +D(x)xgx +D(x)ygy +D(x)zgz +ωy+Ex ωd =D(y)F +D(y)xgx +D(y)ygy +D(y)zgz +ωy+Ey
动力调谐陀螺仪在进行性能试验以后 , 还需进 行环境试验 。内容包括 :振动试验 、颠振试验 、高温 试验 、低温试验和运输试验等 。
○ 振动试验 用专用工装 , 将陀螺仪主轴以垂直状态固定于 振动台上 , 接通工作电源 , 并工作于闭环状态 , 稳定 后 , 短路采样电阻 。 按专用技术条件使陀螺仪在振 动台上振动 。然后 , 将陀螺仪主轴水平放置 , 重复振 动一次 。振动试验以后 , 按固定位置测试法和 8位
动力调谐挠性陀螺仪_光纤陀螺仪的测试及分析_侯煜
是利用伺服转台作为反馈装置 , 其反馈量是被测陀
螺仪主轴与其 壳体 (转台 基座 )之间的 失协角 度 。
动力调谐陀螺仪采用的伺服法测量漂移的原理 (见
图 3)。
7
现代仪器 ()
二〇〇七年 · 第六期
图 3 动力调谐陀螺仪采用的公司伺服 法 测量漂移原理图
+D(y)ygygz +D(y)xgxgz +ωy +Ey
二〇〇七年 · 第六期
综述与专论
ωdx、ωdy为陀螺仪 x、y轴上的总静态漂移率 ;D (x)F、D(y)F为陀螺仪 x、y轴上与 g无关的漂移率 ; 但它与下列因素有关 :由转子零位偏角产生的弹性 约束项 , 电磁干扰力矩 , 沿转子旋转轴同频线振动引 起的整流干扰力矩 , 沿转子旋转轴倍频线振动产生 的整流干扰力 矩 , 倍 频角振 动产生 的整流 力矩 ;D (x)x、D(y)y为陀螺仪 x、y轴上由轴向质量不平衡 引起的漂移系数 ;D(x)y、D(y)x为陀螺仪 x、y轴上 由挠性接头误差而产生的正交不平衡引起的漂移系 数 ;D(x)z、D(y)z为陀螺仪 x、y轴上由径向质量不
动力调谐陀螺仪在进行性能试验以后 , 还需进 行环境试验 。内容包括 :振动试验 、颠振试验 、高温 试验 、低温试验和运输试验等 。
○ 振动试验 用专用工装 , 将陀螺仪主轴以垂直状态固定于 振动台上 , 接通工作电源 , 并工作于闭环状态 , 稳定 后 , 短路采样电阻 。 按专用技术条件使陀螺仪在振 动台上振动 。然后 , 将陀螺仪主轴水平放置 , 重复振 动一次 。振动试验以后 , 按固定位置测试法和 8位
根据试验的设备条件和试验目的的不同 , 漂移 试验方法可以分为两类 :力矩反馈法 , 主要用于产品 的验收试验 ;伺服法 , 主要用于产品的鉴定试验和诊 断试验 。 1.2 漂移试验
动力调谐陀螺仪数字化全状态伺服技术研究的开题报告
动力调谐陀螺仪数字化全状态伺服技术研究的开题报告开题报告论文题目：动力调谐陀螺仪数字化全状态伺服技术研究一、选题目的和意义动力调谐陀螺仪是一种非常重要的精密惯性测量仪器，在军事、航空、航天等领域有着广泛的应用。
但是传统的动力调谐陀螺仪仍存在一些问题，如地面震动、温度变化、机身振动等环境因素对其输出信号稳定性的影响。
为了解决这些问题，本研究基于数字化控制技术，采用全状态反馈伺服控制策略，旨在开发一种具有较好抗振抗干扰性能的数字化动力调谐陀螺仪。
该研究对于提高动力调谐陀螺仪的工作性能、提高其在军事、航空、航天等领域的应用价值具有重要的意义。
二、研究内容、方法和步骤：1. 研究内容：本研究主要包含以下研究内容：①数字化动力调谐陀螺仪的原理分析与设计②全状态反馈伺服控制原理研究③数字化全状态反馈伺服控制算法设计与优化④数字化动力调谐陀螺仪的实验研究与性能测试2. 研究方法：该研究主要采用数值模拟方法、理论分析方法、实验研究方法、数据处理方法等多种方法进行。
数值模拟方法：采用多体动力学模型和系统动力学模型对数字化动力调谐陀螺仪的动力学特性进行仿真和分析，研究其受到外界因素干扰时的响应特性。
理论分析方法：对数字化全状态反馈伺服控制算法进行理论分析和优化，提高其抗干扰性、鲁棒性和稳定性等性能指标。
实验研究方法：通过硬件电路的搭建、软件编程的实现，对数字化动力调谐陀螺仪的性能进行实验研究和测试。
例如，进行温度变化、地面震动、机身振动等环境因素的影响测试。
数据处理方法：通过数据采集、信号处理等手段，分析数字化动力调谐陀螺仪的实验数据，评估其工作性能。
3. 研究步骤：研究步骤如下：（1）确定数字化动力调谐陀螺仪的硬件结构和信号处理流程，进行数值模拟和理论分析。
（2）设计数字化全状态反馈伺服控制策略，进行算法优化和数值模拟仿真。
（3）确定数字化动力调谐陀螺仪的实验平台，对其性能进行测试。
（4）采集实验数据，对其进行信号处理和分析，评估数字化动力调谐陀螺仪的性能。
动力调谐陀螺仪一体式挠性支承关键技术研究
第２章动力调谐陀螺仪原理及误差分析点，并选定Ｘ，ｙ，Ｚ三个坐标轴建立的坐标系Ｏｘｙｚ成为参考坐标系（简称参考系）。
质点Ｐ的位置即由（ｘ，Ｙ，ｚ）确定。
质点Ｐ在该参考系中的位置也可以利用矢量方法来描述，以位置矢量（简称位矢），表示，则有，＝订＋力＋庙（２—２—１）其中，“．，，膏分别表示空间的三个坐标方向上的单位矢量，称为坐标基矢。
通常把相对于观察者静止的参考系称为定参考系或静参考系，把相对于观察者运动的参考系称为动参考系，惯性定律（牛顿第一定律）成立的参考系称为惯性参考系，简称惯性系。
由于惯性定律指出：不受外力或所受外力的合力为零的物体将保持静止或作匀速直线运动，因此，通常把静止或保持匀速直线运动的参考系称为惯性系ａ必须指出，图２．１质点的位置矢量静止是一个相对概念，因为绝对静止的物体是不存在的。
２．２．２相对运动及科里奥利加速度物体相对于动参考系的运动称为相对运动，物体相对于静参考系的运动称为绝对运动，动参考系置。
相对于静参考系Ｋ的运动称为牵连运动。
动参考系世‘相对于静参考系置作任意方式的运动时，相对运动与绝对运动呈现比较复杂的关系。
即使Ｋ’系的原点Ｄ‘相对于足系静止，相对于ｘ’系静止的物体相对于足系也在作圆周运动，它不但有沿圆周切向的速度，还具有加速度。
假设动参考系足。
相对于静参考系置既有平动，还有绕通过其原点ｏ’的某根转轴转动，角速度矢量为∞，如图２．２所示。
对于某时刻位于空间的Ｐ点，其相对于足系的位矢为，，相对于Ｋ’系的位矢为，’，而丘’系的原点０１相对于芷系的位矢为＾，则，＝Ｌ＋ｒＩ（２—２—２）第２章动力调谐陀螺仪原理及误差分析其中Ｋ系的坐标用（２－２．１）式表示，量‘系的坐标为，’＝ｚ’ｆ’＋ｙ’－，Ｉ＋一詹’（２－２—３）其中，ｉ’，，’，ｋ’分别为动参考系Ｋ‘的坐标基矢。
图２．２动参考系作任意方式的运动ｏ’点在Ｋ系中的坐标为Ｉ＂ｏ＝Ｘｏｉ＋ｙＪ＋ｚｏｋ（２—２—４）在静参考系Ｋ中对时间的微商称为绝对微商，用导表示；在动参考系Ｋ１中对时问的微商称为相对微商，用昙表示。
动力调谐陀螺仪动基座锁定回路及稳定性研究
动力调谐陀螺仪动基座锁定回路及稳定性研究动力调谐陀螺仪再平衡回路的设计已经有很多报道,但是它只能满足陀螺仪在正常工作情况下的锁定。
当陀螺仪处于启动和关机状态时,常规的再平衡回路不能将陀螺仪锁定在零偏角附近,其转子将反复碰撞双轴的止挡,导致动力调谐陀螺仪的挠性接头频繁地作大角度的弯曲,从而使动力调谐陀螺仪不能正常工作并严重影响陀螺仪的使用寿命。
因此,必须设计动力调谐陀螺仪的动基座锁定回路,将陀螺仪在陀螺电机从加电至完全停止的全过程中锁定在零偏角附近。
动力调谐陀螺仪的性能稳定性受多方面因素的影响,包括设计过程中材料的选择,结构的设计、热设计、电磁兼容性设计以及制造加工工艺等影响,以及应用过程中环境条件的影响,而温度变化对动力调谐陀螺仪性能稳定性的影响是最主要的,在陀螺仪表中,加入温度补偿环节,以减小温度变化对陀螺仪性能稳定性的影响。
具体步骤是:(1)实验测得各温度下陀螺仪的温度漂移,建立整个陀螺仪输出的温度模型,(2)通过测温元件,实测该时刻的陀螺仪温度值,并利用温度模型估计出陀螺仪当前温度下的漂移输出值,(3)从陀螺仪实测的输出中将估计出的漂移值扣除,即为陀螺仪补偿后的输出。
本文在动力调谐陀螺仪再平衡回路基础上,进行了动基座锁定回路设计、仿真和电路板制作,从仿真结果看,所设计的方案满足性能要求,硬件调试功能良好。
最后,通过实测的动力调谐陀螺仪温度漂移实验数据[2],进行了温度补偿方案研究和仿真。
从仿真结果可以看到,所设计的温度补偿方案,能够很好地补偿温度漂移,减小温度变化对动力调谐陀螺仪性能稳定性的影响。
动力调谐陀螺仪模型参数辨识方法的研究
动力调谐陀螺仪模型参数辨识方法的研究动力调谐陀螺仪是一种常用于惯性导航系统中的传感器，它能够精确地测量角速度和角位移。
在实际应用中，为了保证陀螺仪的精度和可靠性，需要对它的模型参数进行辨识。
本文将介绍一种基于系统辨识理论的动力调谐陀螺仪模型参数辨识方法，该方法可以有效地提高陀螺仪的精度和可靠性。
一、动力调谐陀螺仪的工作原理动力调谐陀螺仪是一种基于光学原理的传感器，它利用光的干涉现象来测量角速度和角位移。
陀螺仪的核心部件是一个旋转的光学器件，它被称为旋转角速度传感器（RSG）。
当旋转角速度传感器旋转时，光束将会发生干涉，干涉信号的相位变化与旋转角速度成正比。
通过对干涉信号的处理，可以测量出陀螺仪当前的角速度和角位移。
二、动力调谐陀螺仪的模型参数为了将动力调谐陀螺仪的输出信号转化为角速度和角位移，需要建立陀螺仪的数学模型。
陀螺仪的模型可以表示为以下形式：其中，ωx、ωy、ωz分别表示陀螺仪在x、y、z三个轴上的角速度，bx、by、bz分别表示陀螺仪在x、y、z三个轴上的零偏误差，ex、ey、ez分别表示陀螺仪在x、y、z三个轴上的比例误差，α表示陀螺仪的尺度因子。
三、动力调谐陀螺仪模型参数辨识方法为了提高动力调谐陀螺仪的精度和可靠性，需要对其模型参数进行辨识。
本文提出了一种基于系统辨识理论的动力调谐陀螺仪模型参数辨识方法，具体步骤如下：1. 设计实验为了对动力调谐陀螺仪的模型参数进行辨识，需要设计一系列实验。
实验过程中，需要对陀螺仪施加一定的角速度和角位移，同时记录陀螺仪的输出信号。
为了提高实验的精度和可靠性，可以采用多组数据进行平均处理。
2. 建立数学模型在进行实验的同时，需要建立动力调谐陀螺仪的数学模型。
可以利用系统辨识理论中的参数辨识方法，根据实验数据提取出模型参数。
3. 参数辨识通过对实验数据的处理，可以得到动力调谐陀螺仪的模型参数。
动力调谐陀螺仪资料
4、开展温控和补偿研究，减小陀螺漂移， 缩短陀螺准备时间
a、应用新技术，设计陀螺温控环境，大大缩短高 精度陀螺准备时间； b、深入开展温度场、温度控制和标定补偿研究， 有效减小由温度引起的温度漂移。
5、建设基础平台，确保陀螺质量
a、配置电机、轴承装配和检测的多种专用设备； b、建设传感器、力矩器实验室，可测试传感器线 性度、传感器梯度、力矩器刻度系数的温度系数 和磁场的不均匀性； c、配备陀螺调试所需的各种专用设备。
3、完善工艺，提高陀螺质量和可靠性
a、改进挠性接头、磁钢等材料的热处理工艺和加工工艺； b、创新编制陀螺传感器梯度控制工艺，有效控制传感器 梯度； c、优化陀螺装配和调试流程； d、采用独特的零部件清洗、除气、存储及老化工艺，提 高陀螺质量和可靠性； e、研究一套电机轴承测试和装配方法，大大减小陀螺自 振； f、探索一套陀螺振动测试方法和指标，为系统选配陀螺 提供依据。
6、满足市场需求，研发新陀螺
为了满足应用市场需要，我国多家科研单位研发了新 的动力调谐陀螺： A、为了满足高精度惯性平台系统要求，开发了某平台型 动力调谐陀螺，其随机漂移 0.003 / h(1 ) ，逐次漂移0.003 / h(1 ) 同步时间小于20s。 B、为了满足小型化、高动态捷联惯性系统要求，研制出 某捷联型动力调谐陀螺，其外形尺寸 23 26，质量60g，随 机漂移 0.5 / h(1 ) ，逐次漂移 0.5 / h(1 ) ，同步时间小于3s。 以上研究均取得了很好的成果，并在多个惯性系统中 得到了成功应用。
2、误差补偿国外比国内更精细更全面
如美国基尔福特制导与导航公司的K130A08陀 螺，为了补偿陀螺电机速率变化引起的陀螺标度 因数变化，减少逐日漂移，除采取温度控制、温 度补偿外，还在陀螺转子上设立一个位置标记， 电机每转一周输出一个脉冲，用于补偿误差。法 国测试仪器制造公司GAM1-G系列陀螺亦采用了 陀螺电机转速检测补偿和温度补偿装置。为了提 高陀螺工作寿命和可靠性，英国史密斯工业宇航 与防卫系统有限公司的2000系列和3000系列陀螺， 均采用气体轴承代替滚珠轴承。
动力调谐陀螺仪资料
主要特点
能实现动力调谐，在动力调谐工作状 态下，平衡环扭摆产生的惯性力矩正好平 衡掉扭杆的扭杆弹性变形产生的弹性恢复 力矩，使转子成为自由陀螺； 有平台型和捷联型两大类型； 结构简单、体积小、重量轻、功耗少、 起动快、成本低、寿命长、抗冲击能力强、 精度高、适合于批量生产等；
国内发展现状
4、开展温控和补偿研究，减小陀螺漂移， 缩短陀螺准备时间
a、应用新技术，设计陀螺温控环境，大大缩短高 精度陀螺准备时间； b、深入开展温度场、温度控制和标定补偿研究，设基础平台，确保陀螺质量
a、配置电机、轴承装配和检测的多种专用设备； b、建设传感器、力矩器实验室，可测试传感器线 性度、传感器梯度、力矩器刻度系数的温度系数 和磁场的不均匀性； c、配备陀螺调试所需的各种专用设备。
2、误差补偿国外比国内更精细更全面
如美国基尔福特制导与导航公司的K130A08陀 螺，为了补偿陀螺电机速率变化引起的陀螺标度 因数变化，减少逐日漂移，除采取温度控制、温 度补偿外，还在陀螺转子上设立一个位置标记， 电机每转一周输出一个脉冲，用于补偿误差。法 国测试仪器制造公司GAM1-G系列陀螺亦采用了 陀螺电机转速检测补偿和温度补偿装置。为了提 高陀螺工作寿命和可靠性，英国史密斯工业宇航 与防卫系统有限公司的2000系列和3000系列陀螺， 均采用气体轴承代替滚珠轴承。
动力调谐陀螺仪的原理结构图
在陀螺壳体上安装了位置中心对称的两 对信号器和两对力矩器，一轴上的电气对 称轴与另一轴上额的电气对称轴相互正交， 是陀螺的测量基准轴，同轴上的力矩器和 信号器的电气对称轴相重合。
转子镶有径向充磁的磁钢，力矩器是绕制在 陶瓷片骨架上圆柱面内的线圈，线圈有效工作段 镶在转子的环形槽内，且与环形槽留有一定的活 动空隙。当线圈通入施矩电流时，在径向磁场的 作用下，转子受到沿转子自转轴方向的电磁作用 力，同轴上的力矩器工作在推挽状态，产生的电 磁作用力对另一轴形成力偶，从而实现对陀螺施 矩。 信号器用来测量转子赤道平面相对壳体基准 面（由电气对称轴确定的平面）的偏转角，同轴 上的信号器输出接成差动形式。
动力调谐陀螺仪再平衡回路的数字控制器的设计与分析的开题报告
动力调谐陀螺仪再平衡回路的数字控制器的设计与分析的
开题报告
一、选题背景
随着科技的不断发展，陀螺仪在导航、定位、无人机、航模等领域中得到广泛的应用。
其中，动力调谐陀螺仪能够通过电机的转速调节实现陀螺仪在运动中的稳定性，但其控制系统需要精细设计与分析，以达到复杂运动状态下的稳定控制。
本研究旨在
设计并分析数字控制器，以调节陀螺仪的运动状态，从而使其适用于更为复杂的情况。
二、研究目的
本研究旨在设计一种数字控制器，通过数学建模与仿真验证，探究动力调谐陀螺仪在复杂运动状态下的稳定性与控制策略，以期提高陀螺仪的稳定性和运动控制性能。
三、研究内容
本研究的具体内容包括以下方面：
1. 动力调谐陀螺仪的工作原理与数学模型建立。
2. 数字控制器的设计：PID控制器与模糊控制器。
3. 控制器的仿真验证：利用MATLAB/Simulink等仿真工具，搭建动力调谐陀螺
仪的数学模型，以及设计的数字控制器，进行短时稳定性、长时间稳定性等方面的仿
真验证。
4. 分析设计的控制策略：通过仿真实验数据的分析，提出改进控制策略的思路并进行实现。
5. 结果与分析：对仿真实验数据进行统计与分析，得出数字控制器的优化方案与控制策略的改进方向。
四、预期成果与意义
本研究旨在提出一种数字控制器，通过仿真实验数据的分析，得出数字控制器的优化方案与控制策略的改进方向，从而提升动力调谐陀螺仪在复杂运动状态下的稳定
性和运动控制性能。
这将有助于陀螺仪在导航、定位、无人机、航模等领域的应用，
并对控制领域的研究与发展有所促进。
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动力调谐陀螺仪的原理结构图
在陀螺壳体上安装了位置中心对称的两 对信号器和两对力矩器，一轴上的电气对 称轴与另一轴上额的电气对称轴相互正交， 是陀螺的测量基准轴，同轴上的力矩器和 信号器的电气对称轴相重合。
转子镶有径向充磁的磁钢，力矩器是绕制在 陶瓷片骨架上圆柱面内的线圈，线圈有效工作段 镶在转子的环形槽内，且与环形槽留有一定的活 动空隙。当线圈通入施矩电流时，在径向磁场的 作用下，转子受到沿转子自转轴方向的电磁作用 力，同轴上的力矩器工作在推挽状态，产生的电 磁作用力对另一轴形成力偶，从而实现对陀螺施 矩。 信号器用来测量转子赤道平面相对壳体基准 面（由电气对称轴确定的平面）的偏转角，同轴 上的信号器输出接成差动形式。
4、开展温控和补偿研究，减小陀螺漂移， 缩短陀螺准备时间
a、应用新技术，设计陀螺温控环境，大大缩短高 精度陀螺准备时间； b、深入开展温度场、温度控制和标定补偿研究， 有效减小由温度引起的温度漂移。
5、建设基础平台，确保陀螺质量
a、配置电机、轴承装配和检测的多种专用设备； b、建设传感器、力矩器实验室，可测试传感器线 性度、传感器梯度、力矩器刻度系数的温度系数 和磁场的不均匀性； c、配备陀螺调试所需的各种专用设备。
2、误差补偿国外比国内更精细更全面
如美国基尔福特制导与导航公司的K130A08陀 螺，为了补偿陀螺电机速率变化引起的陀螺标度 因数变化，减少逐日漂移，除采取温度控制、温 度补偿外，还在陀螺转子上设立一个位置标记， 电机每转一周输出一个脉冲，用于补偿误差。法 国测试仪器制造公司GAM1-G系列陀螺亦采用了 陀螺电机转速检测补偿和温度补偿装置。为了提 高陀螺工作寿命和可靠性，英国史密斯工业宇航 与防卫系统有限公司的2000系列和3000系列陀螺， 均采用气体轴承代替滚珠轴承。
未来发展展望
总结以往经验，参考应用情况，未来应在 下列方面重点发展： 1、研制大动态、高使用精度的动力调谐陀 螺，满足武器装备的需求； 2、研制小尺寸、低成本、中低精度的动力 调谐陀螺，可用到常规武器和石油勘探等 广阔民用领域。
6、满足市场需求，研发新陀螺
为了满足应用市场需要，我国多家科研单位研发了新 的动力调谐陀螺： A、为了满足高精度惯性平台系统要求，开发了某平台型 动力调谐陀螺，其随机漂移 0.003 / h(1 ) ，逐次漂移0.003 / h(1 ) 同步时间小于20s。 B、为了满足小型化、高动态捷联惯性系统要求，研制出 某捷联型动力调谐陀螺，其外形尺寸 23 26，质量60g，随 机漂移 0.5 / h(1 ) ，逐次漂移 0.5 / h(1 ) ，同步时间小于3s。 以上研究均取得了很好的成果，并在多个惯性系统中 得到了成功应用。
应用情况
目前已用于水面、陆上捷联，快速寻北仪、 电视天线跟踪仪，并大量应用于航天捷联惯导系 统中，也可用于高动态运载体的姿态系统； 在钻井领域中，惯性器件的应用比起飞行领 域，在技术上要求更高、产品适应性更强，因为 它的工作条件恶劣、环境温度高，对温度的适应 及寿命要求都是非常苛刻，专为测井的情况下而 设计开发的更高精度的动力调谐陀螺仪，克服了 以上技术难关，其工作温度可达100度。
主要特点
能实现动力调谐，在动力调谐工作状 态下，平衡环扭摆产生的惯性力矩正好平 衡掉扭杆的扭杆弹性变形产生的弹性恢复 力矩，使转子成为自由陀螺； 有平台型和捷联型两大类型； 结构简单、体积小、重量轻、功耗少、 起动快、成本低、寿命长、抗冲击能力强、 精度高、适合于批量生产等；
国内发展现状
目前国内技术与国外的差距
我国动力调谐陀螺虽已发展了30多年， 形成了系列型谱，在许多领域获得了广泛 应用。但与国外同类型高性能陀螺相比还 存在差距。究其原因主要是在材料、工艺 等方面与国外差距较大。表现在技术水平 上，主要表现在以下几个方面：
1、陀螺精度国内比国外相对较低 目前国内动力调谐陀螺随机漂移和逐日 漂移的精度相对较低，国外如美国基尔福 特制导与导航公司的MODⅡ型陀螺连续工 作稳定性为0.001 / h ，逐日漂移 0.004 / h ；德 国利铁夫公司K262陀螺随机漂移为 0.001 / h 。
1、优化设计，提高陀螺性能重复性和稳定 性 a、优化设计多种挠性接头，并进行试验验 证，提高了陀螺承载能力和重复性，减小 了陀螺 g 2 误差； b、优化设计磁路，提高了陀螺性能的稳定 性。
2、应用和研制新器件，提高陀螺使用精度 和使用寿命
a、应用轴联轴承，缩小了陀螺体积，提高了轴承 的承载能力、轴系的旋转精度和电机寿命； b、研制混合磁路式永磁力矩器，提高了力矩器磁 路的工作效率，降低了磁路分布的不均匀性，减 小了漏磁率，减小了陀螺常值漂移系数的大小， 提高了逐次稳定性； c、研制永磁磁滞电机，采用磁滞启动，永磁主工 作的工作方式，启动方便，陀螺性能重复性好。
动力调谐陀螺仪的基本原理、 主要特点及应用情况
张Hale Waihona Puke 东 2120121057什么是动力调谐陀螺仪
一种利用挠性支承悬挂陀螺转子，并将 陀螺转子与驱动电机隔开，其挠性支承的 弹簧力矩由平衡环产生的动力效应力矩补 偿的二自由度陀螺。
上图为国产高精度动力调谐陀螺仪HT-A3
基本工作原理
转子通过一对外扭杆与平衡环连接， 平衡环通过一对内扭杆与电机轴连接。内 外扭杆具有很大的抗弯刚度和很小的抗扭 刚度，所以电机的驱动力矩可通过内、外 扭杆传给陀螺，而转子可绕内、外扭杆轴 线转动，在赤道平面内具有两个旋转自由 度，所以动力调谐陀螺是一种双自由度陀 螺仪。
3、完善工艺，提高陀螺质量和可靠性
a、改进挠性接头、磁钢等材料的热处理工艺和加工工艺； b、创新编制陀螺传感器梯度控制工艺，有效控制传感器 梯度； c、优化陀螺装配和调试流程； d、采用独特的零部件清洗、除气、存储及老化工艺，提 高陀螺质量和可靠性； e、研究一套电机轴承测试和装配方法，大大减小陀螺自 振； f、探索一套陀螺振动测试方法和指标，为系统选配陀螺 提供依据。