3陀螺稳定平台

−
ωb ibz
+ θr
sin
θr
ωirrz
sin θr 0 cos θr ωibbz 0
ωibbx
sin θr
+
ωb ibz
cos θr
俯仰环的角速度
1 0
0
Crf = 0 cosθ f
sin θ
f
0 − sinθ f cosθ f
18
ωiff
=
C
ω f r
r ir
+ ωrff
ωωiiffffyx
16
定义
1、基座坐标系b：与基座相
连
2、横滚环坐标系r：与横滚环
相连，yr轴沿横滚环轴，与yb 轴指向相同，r系相对b系只能
绕yb旋转，产生横滚角θr。
3、俯仰环坐标系f：与俯仰环
相连，xf轴沿俯仰环轴，与xr 轴指向相同，f系相对r系只能
绕xr旋转，产生俯仰角θf。
4、方位环坐标系a：与方位环相连，za轴沿方位环轴，与zf轴
sin sin
θa θa
1
ωiffz
θa
ωf ifz
+ θa
19
采用三个环架轴的角速度
ωr iry
、ωiffx
、ωiaaz
来表示，并简化可得
ωωiiaaaayx
=
cos θa − sin θa
ωiaaz 0
cos θf sin θa cos θf cos θa
0
0 0
ωωiifrrfyx
4
陀螺稳定平台的基本功能： 一是稳定功能，即对外界干扰起对消作用。如基座
角运动是一种外界干扰，在稳定平台与基座的轴承 连接处将引起摩擦力矩作用在平台上，或由于几何 约束关系台体被强制带动跟随基座一起旋转，稳定 平台能自动产生卸荷力矩对消摩擦力矩，同时能产 生适当的反旋转对消被基座带动的强制旋转；
利用陀螺来控制被控对象的角运动。控制角运动包含
两个含义：
一是隔离运载体的角运动对被控对象的角运动的影响;
二是能使被控对象按指令要求的规律旋转，指向始终跟踪变
动着的方向。
2
陀螺稳定平台：以陀螺为敏感元件，能隔离基座的 角运动并能使被控对象按指令旋转的机电控制系统 称为陀螺稳定平台。
陀螺稳定平台包括：
三轴陀螺稳定平台可以由三个单自由度陀螺组成，
也可由两个双自由度陀螺组成。
6
基于单自由度陀螺的平台 基于二自由度陀螺的平台 7
双自由度陀螺构成的单轴惯性平台
组成：陀螺、力矩器、信号器、放大器、电机、 平台台体。
8
3.3 双自由度陀螺构成单轴稳定平台的原理 利用双自由度陀螺构成单轴稳定平台，
稳定轴可选为与内环轴平行或与外环轴平行。
二是跟踪功能，即能跟踪指令，按要求的角速度旋 转，确保平台的坐标轴指向要求的方位。
5
3.2 陀螺稳定平台的构成方式
可由单自由度陀螺构成，也可由双自由度陀螺构成
一个单自由度陀螺可以构成单轴陀螺稳定平台，稳 定轴是单自由度陀螺的敏感轴（输入轴），即转子 缺少转动自由度的那个轴。
一个双自由度陀螺可以构成双轴陀螺稳定平台，稳 定轴是双自由度陀螺的内框架轴和外框架轴。
C
a f
=
− sin θa
cos θa
0
0
0 1
ωiaa
=
C
ω a f
f if
+ ωfaa
ωωiiaaaayx
=
cos θa − sin θa
ωiaaz
0
sin θa cos θa
0
0 0
ωωiiffffyx
+
0
0
=
ωωiiffffxy
cos θa cos θa
+
ωf ify
−
ωf ifx
10
11
12
3.3.2修正回路工作原理（工作在空间积分状态）
Y
13
修正回路工作原理
14
单轴陀螺稳定平台小节
15
3.4* 三轴陀螺稳定平台
r为横滚环， f为俯仰环， a为方位环， Mr、Mf、 Ma分别为 安装在相 应环架上 的电机， Gx、Gy、 Gz为敏感 轴相互正 交的3个陀 螺。这三 个敏感轴 就是平台 坐标系的 坐标轴。
=
1 0
ωiffz
0
0
cos θr − sin θr
0 sin
θ
r
ωωiirrrryx
+
θ0f
=
ωirry
ωr irx
+ θf
cos θf
+
ωr irz
sin
θf
cos
θr
ωirrz
0
ωirrz cos θf
−
ωr iry
sin
θf
方位环的角速度
cos θa sin θa 0
也可利用双自由度陀螺构成双轴稳定平台。
根据陀螺稳定平台的功能，惯性平台的 工作状态有两种：
几何稳定状态：平台不受基座运动和干 扰力矩影响，相对惯性空间保持方位稳定的工 作状态。
9
空间积分状态：平台在指令角速度作用下， 相对惯性空间以给定规律转动的工作状态。 3.3.1稳定回路工作原理（工作在几何稳定状态）
指向相同，a系相对f系只能绕zf旋转，产生方位角θa。
5、环架坐标系A：xA、yA、zA轴分别为xf、 yr、za ，即相应 轴上力矩电机产生力矩的方向，它一般不是正交坐标系，只有
当俯仰角等于零时才为正交坐标系。从环架轴上拾取的角度信
号分别为俯仰角、横滚角和方位角。
6、平台坐标系：由三个陀螺仪的敏感轴构成。
第3章 陀螺稳定平台
3.1 概述 3.2 陀螺稳定平台的构成方式 3.3 双自由度陀螺构成单轴稳定平台的原理 3.4* 三轴陀螺稳定平台 3.5 本章小节
1
3.1 概述
Βιβλιοθήκη Baidu螺具有定轴性和进动性。
定轴性是指转子轴具有相对惯性空间指向保持不变的 能力。
进动性是指按照要求的规律相对惯性空间旋转的能力。
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角速度耦合分析 横滚环的角速度
cos θr 0 − sin θr
C
r b
=
0
1
0
sin θr 0 cos θr
ωirr
=
C
ω r b
b ib
+ ωbrr
ωωiirrrryx
=
cos θr
0
0 1
−
sin 0
θr
ωωiibbbbyx
+
0
θr
=
ωibbx
cos θr ωb
iby
1、惯性平台（精度高，三轴） 2、陀螺稳定装置（精度低，一般少于三轴）
陀螺稳定平台的稳定作用是能自动产生卸荷力矩对 消干扰力矩。卸荷力矩分为两类
1、陀螺力矩
3
2、伺服力矩
陀螺稳定平台的主要类型 1、直接式陀螺稳定平台--干扰力矩由陀螺力矩对消 2、间接式陀螺稳定平台--干扰力矩由伺服力矩对消 3、指示式陀螺稳定平台--干扰力矩由伺服力矩对消 4、动力式陀螺稳定平台--干扰力矩由伺服力矩和陀 螺力矩对消（过渡过程中起作用） 5、指示-动力式陀螺稳定平台--干扰力矩由伺服力矩 和陀螺力矩对消（过渡过程中起作用，但作用很小）