第6章陀螺仪漂移及测试.ppt
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陀螺ppt课件完美版
2. 观察陀螺进动现象时，可 以通过改变外力矩的大小和方
向来探究其影响。
3. 实验结束后，要及时关闭 电源并拆卸器材，整理实验场
地。
07 总结回顾与展望 未来
关键知识点总结回顾
陀螺仪基本原理
陀螺仪是一种基于角动量守恒原理的装置，用于测量或维持方向 。
陀螺仪的种类与应用
介绍了不同类型的陀螺仪（如机械陀螺仪、光学陀螺仪等）及其 在各领域（如航空、导航等）的应用。
为转子提供稳定的驱动电流， 使转子保持恒定的旋转速度。
信号处理电路
对陀螺仪输出的信号进行放大 、滤波、解调等处理，得到所
需的角速度或角度信息。
典型陀螺仪结构剖析
单轴陀螺仪
仅有一个敏感轴，用于测量绕该轴的 角速度或角度。
双轴陀螺仪
三轴陀螺仪
具有三个相互垂直的敏感轴，可同时 测量绕这三个轴的角速度或角度，广 泛应用于航空航天、导航等领域。
带宽
描述陀螺仪输出信号中随机误差的大小， 通常用单位时间内输出信号的标准差来表 示。
指陀螺仪能够准确测量的角速度范围，通常 以赫兹（Hz）为单位表示。
03 陀螺力学特性分 析
力学基础知识回顾
01
02
03
牛顿运动定律
阐述物体运动与力的关系 ，是分析陀螺运动的基础 。
动量守恒定律
陀螺在不受外力作用时， 其动量保持不变。
03
结合硬件和软件补偿方法，对陀螺仪进行更为全面的误差补偿Biblioteka 。提高测量精度策略
选择高精度陀螺仪
在选购陀螺仪时，应优先考虑精度等级高、 稳定性好的产品。
优化安装环境
为陀螺仪提供稳定的工作环境，减小外部因 素对测量精度的影响。
定期校准
《陀螺》PPT课件
对未来陀螺技术的展望
微型化与集成化
预测未来陀螺仪将朝着微型化 和集成化方向发展，实现更高
的测量精度和更小的体积。
智能化与自主化
探讨将人工智能和机器学习技 术应用于陀螺仪的可能性，实 现陀螺仪的智能化和自主化。
新原理与新技术
展望可能出现的新型陀螺仪原 理和技术，如基于量子物理、 生物仿生等前沿领域的陀螺仪 技术。
用要求。
质量控制
在装配和调试过程中进行严格的 质量控制，确保陀螺的质量和可
靠性。
04
陀螺的应用领域
航天航空领域
姿态控制
陀螺仪在航天器姿态控制系统中起到关键作用，通过测量航天器 的角速度，实现对航天器姿态的精确控制。
导航定位
陀螺仪与加速度计等传感器组合，可构成惯性导航系统，为航天 器提供自主导航和定位能力。
稳定平台
在航空摄影、遥感等领域，陀螺仪可用于稳定平台，确保高精度 成像和测量。
军事领域
导弹制导
陀螺仪在导弹制导系统中扮演重要角色，通过测量导弹的角速度和 加速度，实现导弹的精确制导。
坦克稳定
在坦克等装甲车辆中，陀螺仪可用于火炮稳定和瞄准系统，提高射 击精度。
无人机控制
陀螺仪可用于无人机的姿态控制和导航系统，确保无人机在复杂环境 下的稳定飞行。
进动角速度
与外力矩大小、陀螺转动惯量及自 转角速度有关。
陀螺的定轴性
定义
01
当陀螺在不受外力矩作用时，其自转轴将保持指向空间某一固
定方向，即具有定轴性。
定轴稳定性
02
Байду номын сангаас
陀螺的定轴稳定性与其转动惯量、自转角速度及所受干扰力矩
的大小有关。
地球自转对陀螺定轴性的影响
《陀螺》ppt课件优秀版
05
CHAPTER
陀螺仪在陆地交通领域应用
陀螺仪能够精确测量汽车的横滚、俯仰和偏航角度，为自动驾驶系统提供准确的车辆姿态信息。
姿态测量
结合GPS和其他传感器数据，陀螺仪能够提高汽车的定位精度，确保自动驾驶汽车在复杂道路环境中的稳定行驶。
导航定位
通过实时监测车辆动态参数，陀螺仪有助于自动驾驶系统实现车辆稳定性控制，提高行驶安全性。
陀螺仪在水下潜航器中发挥关键作用，通过实时测量潜航器的姿态和角速度，为深海导航提供精确的数据支持。
深海导航
结合陀螺仪的测量数据和其他传感器信息，水下潜航器可以实现地形匹配和精确定位，提高水下作业的准确性和效率。
地形匹配与定位
陀螺仪作为惯性导航系统的重要组成部分，可以为水下潜航器提供持续、稳定的导航支持，确保潜航器在复杂水下环境中的可靠运行。
控制稳定性
车辆定位与导航
通过对乘客上下车数据的采集和分析，陀螺仪有助于实现客流量的精确统计和预测，为运营调度提供数据支持。
客流统计与分析
安全监控与预警
陀螺仪能够实时监测城市轨道交通系统的运行状态，发现潜在的安全隐患并及时预警，确保乘客出行安全。
在城市轨道交通系统中，陀螺仪能够提供准确的车辆定位和导航信息，确保列车在复杂环境中的稳定运行。
随着MEMS技术的发展，陀螺仪将越来越微型化和集成化，降低成本并拓展应用领域。
微型化和集成化
提高陀螺仪的测量精度和稳定性是未来发展的重要方向，以满足高端应用的需求。
高精度与高性能
将陀螺仪与其他传感器（如加速度计、磁力计等）进行融合，通过算法优化提高数据处理的准确性和效率。
多传感器融合与算法优化
陀螺仪在发展过程中面临着技术、市场和应用等多方面的挑战，但同时也为相关产业带来了巨大的发展机遇。
CHAPTER
陀螺仪在陆地交通领域应用
陀螺仪能够精确测量汽车的横滚、俯仰和偏航角度，为自动驾驶系统提供准确的车辆姿态信息。
姿态测量
结合GPS和其他传感器数据，陀螺仪能够提高汽车的定位精度，确保自动驾驶汽车在复杂道路环境中的稳定行驶。
导航定位
通过实时监测车辆动态参数，陀螺仪有助于自动驾驶系统实现车辆稳定性控制，提高行驶安全性。
陀螺仪在水下潜航器中发挥关键作用，通过实时测量潜航器的姿态和角速度，为深海导航提供精确的数据支持。
深海导航
结合陀螺仪的测量数据和其他传感器信息，水下潜航器可以实现地形匹配和精确定位，提高水下作业的准确性和效率。
地形匹配与定位
陀螺仪作为惯性导航系统的重要组成部分，可以为水下潜航器提供持续、稳定的导航支持，确保潜航器在复杂水下环境中的可靠运行。
控制稳定性
车辆定位与导航
通过对乘客上下车数据的采集和分析，陀螺仪有助于实现客流量的精确统计和预测，为运营调度提供数据支持。
客流统计与分析
安全监控与预警
陀螺仪能够实时监测城市轨道交通系统的运行状态，发现潜在的安全隐患并及时预警，确保乘客出行安全。
在城市轨道交通系统中，陀螺仪能够提供准确的车辆定位和导航信息，确保列车在复杂环境中的稳定运行。
随着MEMS技术的发展，陀螺仪将越来越微型化和集成化，降低成本并拓展应用领域。
微型化和集成化
提高陀螺仪的测量精度和稳定性是未来发展的重要方向，以满足高端应用的需求。
高精度与高性能
将陀螺仪与其他传感器（如加速度计、磁力计等）进行融合，通过算法优化提高数据处理的准确性和效率。
多传感器融合与算法优化
陀螺仪在发展过程中面临着技术、市场和应用等多方面的挑战，但同时也为相关产业带来了巨大的发展机遇。
陀螺仪漂移及测试
KM I Bx /H
ωe cos cosK
2019/12/14
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
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 ecoscosK
ly y
ωd
Mb
mgly H
KM IBx /H
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。
2019/12/14
5
§6.2 影响陀螺漂移的主要因素
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。
2019/12/14
12
§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
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
2019/12/14
13
§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
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
(2024年)陀螺课件(61)(共63张PPT)pptx
机械陀螺仪
光学陀螺仪
结构简单、成本低廉，但精度和稳定性较 差，易受环境因素影响。
基于光学原理工作，具有高精度、高稳定 性等优点，但成本较高。
微机械陀螺仪
激光陀螺仪
采用微机械加工技术制造，具有体积小、 重量轻、成本低等优点，但精度和稳定性 相对较低。
利用激光干涉原理测量角速度，具有高精 度、高稳定性、无机械磨损等优点，但成 本较高且对环境要求较高。
多传感器融合与校准
03
在实际应用中，单一陀螺仪往往难以满足需求，多传感器融合
与校准技术成为提高系统性能的关键。
25
探讨未来发展趋势和前景
2024/3/26
新型陀螺仪技术
随着科技进步，新型陀螺仪技术（如量子陀螺仪、生物陀螺仪等）有望在未来取得突破， 为高精度测量和导航领域带来革命性变革。
多源信息融合与智能算法
通过融合多种传感器信息和采用智能算法，可以提高陀螺仪系统的整体性能，实现更高精 度的姿态测量和导航定位。
拓展应用领域
随着陀螺仪性能的不断提升和成本的降低，其应用领域将进一步拓展，如智能交通、智能 家居、虚拟现实等。
26
感谢您的观看
THANKS
2024/3/26
27
组合导航算法
将惯性导航系统与卫星导航系统、里程计等其他导航手段进行组合， 实现优势互补，提高整体导航性能。
14
04
陀螺仪在姿态控制中应用
2024/3/26
15
姿态控制概述及分类
2024/3/26
姿态控制定义
通过对物体姿态的调整，实现其在空间中的稳定定位和定向 。
姿态控制分类
根据控制对象的不同，可分为刚体姿态控制和柔性体姿态控 制；根据控制方法的不同，可分为开环控制和闭环控制。
陀螺仪漂移及测试课件
陀螺仪测试中的注意事项
在进行陀螺仪测试时，应确保测试环 境干净整洁，避免灰尘、污垢等杂质 对测试结果造成影响。
在进行动态测试时，应遵循安全操作 规程，确保测试过程中的安全。
测试前应对陀螺仪进行充分的预热， 以确保其性能稳定。
对于高精度的陀螺仪，应采用高精度 的测试设备进行测试，以确保测试结 果的准确性。
陀螺仪的种类和用途
机械陀螺仪
微机械陀螺仪
利用旋转轴的定轴性，用于方向测量 和控制系统，如导弹、飞机、船舶等 导航系统。
利用微机械加工技术制造，具有低成 本、小型化、集成化等特点，用于消 费电子产品、智能穿戴设备等。
光学陀螺仪
利用光束的干涉效应，具有高精度、 抗电磁干扰等特点，用于高精度测量 和控制系统，如卫星定位系统、惯性 导航系统等。
CHAPTER
陀螺仪静态测试
01
02
陀螺仪静态测试是指将 陀螺仪置于静止状态下 进行测试，以评估其性能。
测试内容包括检查陀螺 仪的零点稳定性、分辨 率、噪声水平等。
03
静态测试通常在实验室 环境下进行，以确保测 试结果的准确性。
04
静态测试还可以用于评 估陀螺仪在不同温度和 湿度条件下的性能表现。
陀螺仪动态测试
01
02
03
04
陀螺仪动态测试是指在实际运 动状态下对陀螺仪进行测试， 以评估其在动态环境中的性能。
测试内容包括检查陀螺仪的动 态响应速度、抗干扰能力、稳
定性等。
动态测试通常在振动台、离心 机等设备上进行，以模拟实际
使用中的各种运动状态。
动态测试还可以用于评估陀螺 仪在不同运动状态下的性能表 现，如旋转、俯仰、滚动等。
CHAPTER
陀螺仪工作原理 ppt课件
当二自由度陀螺底座绕垂直于X轴与Z轴成 角 的轴以角速度 旋转时．则将有陀螺力矩Mg 作用于框架上，陀螺力矩Mg为：
Mg Hsin
陀螺仪工作原理
三自由度陀螺结构原理如图所示。 三自由度陀螺具有以下主要特性：
1)定轴性 2)进动性 3)无惯性
(2)微分陀螺仪作用原理
图中标注直角坐标系Oxyz，X轴沿框 架轴旋转方向。Y轴称为陀螺仪的输 入轴。因为微分陀螺仪就是测量它 的壳体绕Y轴转动的角速度，故又 称为测量轴。Z0的方向为主轴起始 位置，即当＝0时，Z轴应与Z0重合。
4. 加速度积分法和位移微分法
陀螺仪工作原理
光束切断法
光束切断法检测速度适合于定尺寸材料的速度 检测。这是一种非接触式测量，测量精度较高。 图2所示它是由两个固定距离为L的检测器实现速 度检测的。检测器由光源和光接收元件构成。被测 物体以速度v行进时，它的前端在通过第一个检测 器的时刻，由于物体遮断光线而产生输出信号，由 这信号驱动脉冲计数器，计数器计数至物体到达第 二个检测器时刻．检测器发出停止脉冲计数。由检 测器间距L和计数脉冲的周期T、个数N，可求出物 体的行进速度。
速度、转速、加速度测量
陀螺仪工作原理
速度测量
速度 测量
线速度测量（m/s，km/h)
角速度测量(rad/s) （转速测量(转/分）
Linear Velocity Rotary speed：revolutions per minute (r.p.m.) Angular Velocity
2n 陀螺仪工作原理
皮托管是测量流体速度的主要工具之一,广泛用于船舶和飞 行体的测速。图6为皮托管测流速原理图，图中所示从滞 止点一直到压力表液面上的空间是一个内管，在它的外面 包着外管，且与压力表的另一个液面上的空间相通，外管 的壁上开有小孔，就是静压孔。在测量时，只要把皮托管 对准流体流动的方向，使内管顶端（滞止点）能感受全压 力 pt，而具有静压孔的外管感受静压力 ps。
Mg Hsin
陀螺仪工作原理
三自由度陀螺结构原理如图所示。 三自由度陀螺具有以下主要特性：
1)定轴性 2)进动性 3)无惯性
(2)微分陀螺仪作用原理
图中标注直角坐标系Oxyz，X轴沿框 架轴旋转方向。Y轴称为陀螺仪的输 入轴。因为微分陀螺仪就是测量它 的壳体绕Y轴转动的角速度，故又 称为测量轴。Z0的方向为主轴起始 位置，即当＝0时，Z轴应与Z0重合。
4. 加速度积分法和位移微分法
陀螺仪工作原理
光束切断法
光束切断法检测速度适合于定尺寸材料的速度 检测。这是一种非接触式测量，测量精度较高。 图2所示它是由两个固定距离为L的检测器实现速 度检测的。检测器由光源和光接收元件构成。被测 物体以速度v行进时，它的前端在通过第一个检测 器的时刻，由于物体遮断光线而产生输出信号，由 这信号驱动脉冲计数器，计数器计数至物体到达第 二个检测器时刻．检测器发出停止脉冲计数。由检 测器间距L和计数脉冲的周期T、个数N，可求出物 体的行进速度。
速度、转速、加速度测量
陀螺仪工作原理
速度测量
速度 测量
线速度测量（m/s，km/h)
角速度测量(rad/s) （转速测量(转/分）
Linear Velocity Rotary speed：revolutions per minute (r.p.m.) Angular Velocity
2n 陀螺仪工作原理
皮托管是测量流体速度的主要工具之一,广泛用于船舶和飞 行体的测速。图6为皮托管测流速原理图，图中所示从滞 止点一直到压力表液面上的空间是一个内管，在它的外面 包着外管，且与压力表的另一个液面上的空间相通，外管 的壁上开有小孔，就是静压孔。在测量时，只要把皮托管 对准流体流动的方向，使内管顶端（滞止点）能感受全压 力 pt，而具有静压孔的外管感受静压力 ps。
第6章-陀螺仪漂移及测试
第六章
陀螺仪的测试与标定
2018/2/25
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 陀螺漂移的数学模型
陀螺漂移的物理模型
ωd D0 D y a y Dz a z D yy a Dzz a
2 y 2 z
ax a ay az
Dxy a x a y D yz a y a z Dxz a x a z
一 伺服跟踪法的基本原理
双自由度陀螺的单轴转台测漂
2018/2/25 13
§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
二 伺服跟踪法的测速方法
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。
2018/2/25
14
§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
2018/2/25
26
§6.5 陀螺漂移的数学模型
普遍采用的陀螺误差模型
ax a a y az
2 d D0 Dx a x D y a y Dz a z D yy a y Dzz a z2
Dxy a x a y D yz a y a z D xz a x a z (ip ) y
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
陀螺仪的测试与标定
2018/2/25
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 陀螺漂移的数学模型
陀螺漂移的物理模型
ωd D0 D y a y Dz a z D yy a Dzz a
2 y 2 z
ax a ay az
Dxy a x a y D yz a y a z Dxz a x a z
一 伺服跟踪法的基本原理
双自由度陀螺的单轴转台测漂
2018/2/25 13
§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
二 伺服跟踪法的测速方法
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。
2018/2/25
14
§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
2018/2/25
26
§6.5 陀螺漂移的数学模型
普遍采用的陀螺误差模型
ax a a y az
2 d D0 Dx a x D y a y Dz a z D yy a y Dzz a z2
Dxy a x a y D yz a y a z D xz a x a z (ip ) y
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
陀螺PPT课件
当陀螺仪相对于地球静止时 ，其敏感轴与地球重力加速 度平行分量重合，此时陀螺 仪输出为零。
当陀螺仪绕地球旋转时，其 敏感轴与地球重力加速度平 行分量之间产生夹角，通过 测量这个夹角可以计算出陀 螺仪相对于地球的角度变化 。
角度测量通常采用加速度计 或倾斜传感器等技术，将重 力加速度分量转换为电信号 进行测量。
成本问题
光纤陀螺仪的制造成本较 高，难以在低端市场广泛 应用。
原子陀螺仪技术展望与挑战
超高精度测量
原子陀螺仪有望实现超高精度的角速度测量，满足高精度导航等应用需求。
长期稳定性好
原子陀螺仪具有长期稳定性好的特点，适用于长时间连续工作的场景。
原子陀螺仪技术展望与挑战
• 无机械运动部件：原子陀螺仪无需机械运动部件，具有更高的 可靠性和寿命。
大动态范围
光纤陀螺仪具有较大的动态范围，适用于高速旋转等应用场 景。
光纤陀螺仪技术进展与挑战
• 抗干扰能力强：光纤陀螺仪对外部干扰具有较强 的抵抗能力，保证了测量结果的稳定性。
光纤陀螺仪技术进展与挑战
光源稳定性问题
光纤陀螺仪对光源的稳定 性要求较高，需要采取特 殊措施进行保障。
光纤环圈制造难度
高精度光纤环圈的制造难 度较大，限制了光纤陀螺 仪的进一步发展。
工作原理
当陀螺受到外力作用时，其自转轴将 绕某一定点（称为极点）作进动，且 进动角速度与外力矩成正比，而与陀 螺的转动惯量成反比。
陀螺仪组成与结构
组成
陀螺仪主要由转子、支承系统、 驱动系统、测量系统和控制系统 等组成。
结构
陀螺仪的结构形式多种多样，根 据支承方式的不同可分为液浮式 、气浮式、挠性式、静电式和磁 悬浮式等。
未来发展趋势预测与展望
《陀螺》PPT优秀课件(2024)
复杂环境适应性
在复杂环境中（如隧道、城市峡谷等），陀螺仪能够弥补GPS信号 丢失的不足，确保无人驾驶车辆的稳定导航。
自主导航能力
陀螺仪为无人驾驶车辆提供自主导航能力，使其能够在无外部信号干 扰的情况下实现精确导航和定位。
2024/1/24
18
05
陀螺仪在其他领域应用拓展
2024/1/24
19
虚拟现实技术
2024/1/24
列车定位与导航
陀螺仪与全球卫星导航系 统（GNSS）等结合，为 高速铁路列车提供精确的 定位和导航服务。
列车自动驾驶辅助
陀螺仪在高速铁路列车自 动驾驶系统中发挥重要作 用，协助实现列车的自动 控制和调度。
17
无人驾驶车辆导航与定位系统
导航定位精度提升
陀螺仪与其他传感器（如GPS、惯性测量单元等）融合，提高无人 驾驶车辆的导航定位精度。
陀螺仪可实时跟踪用户头部姿态和位置变化，将虚拟信息准确地 叠加到真实场景中。
场景融合
利用陀螺仪数据，可将虚拟物体与真实场景进行无缝融合，提升 用户体验。
互动体验
陀螺仪增强了用户在增强现实环境中的沉浸感和互动性，使体验 更加自然和流畅。
21
机器人自主导航技术
姿态稳定
陀螺仪可帮助机器人保持稳定的姿态和平衡，实 现在复杂环境中的自主移动。
中的稳定性，提高命中精度。
抗干扰能力
基于陀螺仪的导弹制导系统具有 较强的抗干扰能力，能够在复杂 电磁环境下正常工作，确保导弹
的命中率和作战效果。
2024/1/24
9
卫星姿态控制系统
01
卫星姿态测量
陀螺仪能够精确测量卫星的姿态角速度和加速度，为卫星提供准确的姿
态信息，确保卫星在轨运行的稳定性和安全性。
在复杂环境中（如隧道、城市峡谷等），陀螺仪能够弥补GPS信号 丢失的不足，确保无人驾驶车辆的稳定导航。
自主导航能力
陀螺仪为无人驾驶车辆提供自主导航能力，使其能够在无外部信号干 扰的情况下实现精确导航和定位。
2024/1/24
18
05
陀螺仪在其他领域应用拓展
2024/1/24
19
虚拟现实技术
2024/1/24
列车定位与导航
陀螺仪与全球卫星导航系 统（GNSS）等结合，为 高速铁路列车提供精确的 定位和导航服务。
列车自动驾驶辅助
陀螺仪在高速铁路列车自 动驾驶系统中发挥重要作 用，协助实现列车的自动 控制和调度。
17
无人驾驶车辆导航与定位系统
导航定位精度提升
陀螺仪与其他传感器（如GPS、惯性测量单元等）融合，提高无人 驾驶车辆的导航定位精度。
陀螺仪可实时跟踪用户头部姿态和位置变化，将虚拟信息准确地 叠加到真实场景中。
场景融合
利用陀螺仪数据，可将虚拟物体与真实场景进行无缝融合，提升 用户体验。
互动体验
陀螺仪增强了用户在增强现实环境中的沉浸感和互动性，使体验 更加自然和流畅。
21
机器人自主导航技术
姿态稳定
陀螺仪可帮助机器人保持稳定的姿态和平衡，实 现在复杂环境中的自主移动。
中的稳定性，提高命中精度。
抗干扰能力
基于陀螺仪的导弹制导系统具有 较强的抗干扰能力，能够在复杂 电磁环境下正常工作，确保导弹
的命中率和作战效果。
2024/1/24
9
卫星姿态控制系统
01
卫星姿态测量
陀螺仪能够精确测量卫星的姿态角速度和加速度，为卫星提供准确的姿
态信息，确保卫星在轨运行的稳定性和安全性。
陀螺仪漂移及测试PPT课件
y x
z
2023/12/18
ax a y 0 az 1 ey e cos
KM I5 D0 Dz Dzz e cos
32
§6.6 陀螺漂移系数的确定
从陀螺漂移模型出发，利用力矩反馈法来确定陀 螺漂移系数的方法——固定位置法。
固定位置法是将安装陀螺的转台固定在某一位置，待 系统稳定后，读取力矩器的电流值。
固定位置法是将安装陀螺的转台固定在某一位置，待 系统稳定后，读取力矩器的电流值。
位置2 ：输出轴 x 铅直向上，输入轴 y 向南，自转轴 z 向东
x z
y
ax 1 ay az 0
ey e cos
KM I2 D0 Dx e cos
2023/12/18
29
§6.6 陀螺漂移系数的确定
从陀螺漂移模型出发，利用力矩反馈法来确定陀 螺漂移系数的方法——固定位置法。
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。
2023/12/18
6
§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
2023/12/18
1
§6.1 陀螺漂移的基本概念
一 自由陀螺的漂移
ωd M b / H
工程实际中的陀螺仪与陀螺仪模型有所差别，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。
2023/12/18
2
§6.1 陀螺漂移的基本概念
陀螺仪光学陀螺.pptx
一段光程
➢Sagnac 干涉仪 光路传播 当干涉仪相对惯性空间无转动，则 正反绕行的 A、B 两路光程
La
L vnta
L
L
8
ta
La = Lb = L
另有
ta La / c
第2页/共21页
Sagnac干涉仪 光程差
求解方程组，得到
L
ta c L / 8
La
L
1 L /(8c)
类似地，对于光束 b，可以求得
PM 相位调制器 PSD 相敏解调器
开环干涉型 缺点：存在明显非线性
测量范围较小 精度较低
第18页/共21页
光纤陀螺 器PT， 构成闭环系统
闭环测量原理： ➢检测器 D 的输出经 PSD 解调 ➢解调信号经 SF 放大 ➢驱动相位变换器 PT ➢相位变换器 PT 产生相移Δθ ➢Δθ和ω产生的相移Δφ抵消 ➢解调器输出被控制在零位附近 ➢PT 产生的相移Δθ作为光纤陀螺的 输出
4R 2
c
4RlN c
K
➢K 称为光纤陀螺的标度因数 ➢在光纤线圈半径一定的情况下，可通 过增加线圈的匝数提高测量的灵敏度
直径 10 cm内可缠绕500～2500米
两束光之间的相位差
第15页/共21页
光纤陀螺 相位偏置
光纤陀螺原理图，光路分析： ➢当光纤线圈绕中心轴无旋转，
检测器上产生峰值干涉条纹 检测器输出电流最大
7.29
10 5
7.43Hz
第6页/共21页
激光陀螺 结构工艺
➢激光介质：氦氖气体（频谱纯度高、 反向散射小） ➢腔体材料：熔凝石英、Cer-vit陶瓷 ➢谐振腔尺寸：周长200～450mm ➢谐振腔形状：三角形、四边形
第6章-陀螺仪漂移及测试分析
力矩反馈法测定漂移速度只须备有足够分辨率和精 度的电流记录装置，就能测出陀螺的瞬时漂移。对力矩 器刻度因数的稳定性和线性度有很高的要求。
2020/10/18
17
§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
一 力矩反馈法法的原理
单自由度陀螺的力矩反馈法测漂
2020/10/18
18
§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
一 力矩反馈法法的原理
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。 精确测速。精确地测出转台的转速。
2020/10/18
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轴向的分量，通过计算求得在这段 时间内地球相对惯性空间的转角：
20
§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
x N
yK ly
lz
ey e coscosK
z
d
Mb H
KM I Bx /H
ωe cos cosK
2020/10/18
21
§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
ie ey T
同一时间间隔内转台相对惯性空间的转角：
ip ie p
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
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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
单自由度陀螺的力矩反馈法测漂
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18
§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
一 力矩反馈法法的原理
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。 精确测速。精确地测出转台的转速。
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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轴向的分量，通过计算求得在这段 时间内地球相对惯性空间的转角：
20
§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
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
ie ey T
同一时间间隔内转台相对惯性空间的转角：
ip ie p
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
《陀螺》PPT教学课件完美版(2024)
个人房屋买卖合同范本最新甲方（出卖人）：姓名：___________________身份证号：_____________________联系方式：______________家庭住址：______________乙方（买受人）：姓名：___________________身份证号：_____________________联系方式：______________家庭住址：______________鉴于甲方是房屋合法所有人，乙方有意购买该房屋，双方在平等、自愿、公平的基础上，就房屋买卖事宜达成以下协议：一、房屋基本情况1. 房屋坐落地址：_______________________________；2. 房屋结构类型：_______________________________；3. 房屋建筑面积：_______________________________；4. 房屋附属设施：____________________________________________________。
二、买卖条件1. 房屋价格：双方商定，房屋总价为人民币（大写）_______________________元整（￥_______元）。
2. 付款方式：乙方应按照以下方式支付房款：（1）本合同签订之日，乙方支付定金人民币（大写）__________元整（￥_____元）给甲方；（2）房屋过户手续办理完毕后，乙方支付余款人民币（大写）____________元整（￥______元）。
3. 税费承担：甲乙双方按照国家和地方有关规定，各自承担相关税费。
4. 房屋交付：甲方应于本合同签订之日起______天内，将房屋交付给乙方。
三、甲方保证1. 甲方保证所售房屋没有产权纠纷，不存在债权债务问题；2. 甲方保证已如实陈述房屋权属状况、附属设施及维修情况；3. 甲方保证所售房屋符合国家及所在区域的相关政策和规定。
四、乙方责任1. 乙方应按照约定时间支付房款；2. 乙方应配合甲方办理房屋过户手续；3. 乙方应按时接收房屋，并完成房屋交接手续。
《陀螺仪工作原理》课件
《陀螺仪工作原理》ppt课 件
contents
目录
• 陀螺仪简介 • 陀螺仪的工作原理 • 陀螺仪的结构与组成 • 陀螺仪的特性与性能指标 • 陀螺仪的发展趋势与未来展望
01
陀螺仪简介
定义与作用
定义
陀螺仪是一种用于测量或维持方 向的工具，它基于陀螺的特性进 行工作。
作用
陀螺仪广泛应用于导航、航空、 军事等领域，用于确定方向、姿 态和角速度等参数。
高精度与高稳定性
通过技术创新和材料改进 ，提高陀螺仪的测量精度 和稳定性，满足高端应用 领域的需求。
多轴与多模式
开发多轴和多模式陀螺仪 ，实现同时对多个方向的 角速度测量，拓展陀螺仪 的应用范围。
智能化与网络化
结合物联网和人工智能技 术，使陀螺仪具备远程控 制和数据共享功能，提高 其实用性和便利性。
刚体性
定轴指向
在静态情况下，陀螺仪的旋转轴不会 因为外力的作用而发生弯曲或变形。
在静态情况下，陀螺仪的旋转轴能够 稳定地指向某一特定方向。
进动角速度与外力矩关系
当外力矩作用于陀螺仪时，陀螺仪的 旋转轴的进动角速度与外力矩的大小 成正比。
陀螺仪的性能指标
测量精度
陀螺仪能够准确测量旋转轴的 角度变化，其精度决定了陀螺
陀螺仪的种类
01
02
03
04
机械陀螺仪
利用旋转轴方向的惯性来测量 或维持方向。
光学陀螺仪
利用光束的干涉效应来测量角 速度。
激光陀螺仪
利用激光干涉效应来测量角速 度。
光纤陀螺仪
利用光纤的干涉效应来测量角 速度。
陀螺仪的应用领域
航海
用于船舶和潜艇的 导航和控制。
汽车
contents
目录
• 陀螺仪简介 • 陀螺仪的工作原理 • 陀螺仪的结构与组成 • 陀螺仪的特性与性能指标 • 陀螺仪的发展趋势与未来展望
01
陀螺仪简介
定义与作用
定义
陀螺仪是一种用于测量或维持方 向的工具，它基于陀螺的特性进 行工作。
作用
陀螺仪广泛应用于导航、航空、 军事等领域，用于确定方向、姿 态和角速度等参数。
高精度与高稳定性
通过技术创新和材料改进 ，提高陀螺仪的测量精度 和稳定性，满足高端应用 领域的需求。
多轴与多模式
开发多轴和多模式陀螺仪 ，实现同时对多个方向的 角速度测量，拓展陀螺仪 的应用范围。
智能化与网络化
结合物联网和人工智能技 术，使陀螺仪具备远程控 制和数据共享功能，提高 其实用性和便利性。
刚体性
定轴指向
在静态情况下，陀螺仪的旋转轴不会 因为外力的作用而发生弯曲或变形。
在静态情况下，陀螺仪的旋转轴能够 稳定地指向某一特定方向。
进动角速度与外力矩关系
当外力矩作用于陀螺仪时，陀螺仪的 旋转轴的进动角速度与外力矩的大小 成正比。
陀螺仪的性能指标
测量精度
陀螺仪能够准确测量旋转轴的 角度变化，其精度决定了陀螺
陀螺仪的种类
01
02
03
04
机械陀螺仪
利用旋转轴方向的惯性来测量 或维持方向。
光学陀螺仪
利用光束的干涉效应来测量角 速度。
激光陀螺仪
利用激光干涉效应来测量角速 度。
光纤陀螺仪
利用光纤的干涉效应来测量角 速度。
陀螺仪的应用领域
航海
用于船舶和潜艇的 导航和控制。
汽车
测量飞机姿态的仪表陀螺仪表ppt课件
飞行期间，应重视对真 空系统真空度的监视。
如果真空系统压力在正 常范围（4.45.2inHg） 以外，气动陀螺仪表 （通常指的是气动地平 仪和气动陀螺半罗盘） 的指示不可靠。
有些飞机上装备有真空 系统压力低“GYROS” 警告灯，当真空系统压 力低于33.5inHg时， 该灯燃亮
二、 航空地平仪(gyro horizon)
1）直线飞行
➢ 重力使小球偏离中央，指示侧滑。
2）转弯飞行
（1）协调转弯
ω与γ配合适当 FX－ＧX＝0 或FX＝GX
小球在中央
（2）外侧滑
γ过小或ω过大
FX＞ＧX 或Fcosγ＞Gsinγ 小球移向右(外)侧
（3）内侧滑
γ过大或ω过小 FX＜GX 或Fcosγ＜Gsinγ
小球移向左(内)侧
横向合力越大，小球偏离中央位置越 远，表示侧滑越严重。
地平仪上的锁定手柄可以在地平仪起动时或飞机机动飞行后使自转轴迅速恢 复到地垂线方向（陀螺直立），从而缩短起动时间或消除机动飞行过程中产生的 指示误差。飞行时，如果在地面未使地平仪投入工作，飞机起飞后，在飞机匀速 平飞时，应拉动锁定手柄，让转子平面平行于地平面，使仪表指示正确。
转弯仪用于指示飞机转弯或盘旋的方向，并粗略地反映转弯的快慢程度。有 的转弯仪在飞机真空速与它表面标注的真空速相等时,能指示飞机无侧滑转弯的 坡度。侧滑仪用于指示飞机有无侧滑和侧滑的方向，与转弯仪配合，供驾驶员操 纵飞机协调转弯。
2、原理
组成：单自由度陀螺、 平衡弹簧、空气阻尼 器和指示机构等
原理：转弯仪是利用单 自由度陀螺进动性工 作的。
1）指示转弯方向
➢ ω→单自由度陀螺→进动→指示转弯方向
2）指示转弯快慢
飞机转弯时引起陀螺进动的力矩
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2020/2/8
22
§6.5 陀螺漂移的数学模型
漂移角速度包括三个基本分量，即与加速度无关的 分量、正比于加速度的分量和正比于加速度平方的分 量:
ωd cn c1( a ) c2( a2 )
一般说：漂移角速度包括与比力无关的分量，正比 于比力的分量和正比于比力平方的分量。
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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 力矩反馈法采用的是力矩平衡的静力学方法。必
须测量系统稳定后各参数的数值，对系统稳定性的 判定有较高要求。
电流记录装置必须具有足够分辨力和精度。 对力矩器刻度因子的稳定性和线性度要求很高。 力矩反馈法得到的是陀螺的瞬时漂移。
陀螺漂移的物理模型
ωd D0 Dy ay Dz az
D
yy
a
2 y
Dzz
a
2 z
ax
a
ay
az
Dxyaxay Dyzayaz Dxzaxaz
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25
§6.5 陀螺漂移的数学模型
普遍采用的陀螺误差模型
ax
a
a
y
位置3 ： 输出轴 x 向西，输入轴 y 铅直向上，自转轴 z 向北
x
y
z
ay 1 ax az 0 ωey ωe sin
KM I3 D0 Dy Dyy e sin
2020/2/8
31
§6.6 陀螺漂移系数的确定
从陀螺漂移模型出发，利用力矩反馈法来确定陀 螺漂移系数的方法——固定位置法。
x z
y
ax 1 ay az 0
ey e cos
KM I2 D0 Dx e cos
2020/2/8
30
§6.6 陀螺漂移系数的确定
从陀螺漂移模型出发，利用力矩反馈法来确定陀 螺漂移系数的方法——固定位置法。
固定位置法是将安装陀螺的转台固定在某一位置，待 系统稳定后，读取力矩器的电流值。
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器输出为零。这个角速度 的大小称为单自由度浮子陀螺的漂移角速度。
2020/2/8
4
§6.1 陀螺漂移的基本概念
三 双自由度浮子陀螺的漂移
对伺服状态的双自由
外环轴
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。
2020/2/8
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
位置7：输出轴 x 铅直向下，输入轴 y 向北，自转轴 z 向东
y z x
ax 1 ay az 0 ey e cos KM I7 D0 Dx e cos
2020/2/8
35
§6.6 陀螺漂移系数的确定
从陀螺漂移模型出发，利用力矩反馈法来确定陀 螺漂移系数的方法——固定位置法。
23
§6.5 陀螺漂移的数学模型
陀螺漂移的纯数学模型:
ωd D0 Dx ax Dy a y Dz az
ax
a
a
y
az
Dxxa
2 x
D
yy
a
2 y
Dzz
a
2 z
Dxyaxay Dyzayaz Dxzaxaz
2020/2/8
24
§6.5 陀螺漂移的数学模型
d p
2. 输入轴与地球自转轴平行
d e p
3. 输入轴沿当地垂线方向
d e sin p
2020/2/8
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§6.4 陀螺测试的力矩反馈法
一 力矩反馈
OA
记 录装
置
加矩电流
SA 放大器
K M I Bx iy H M b
2020/2/8
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2
§6.1 陀螺漂移的基本概念
一 自由陀螺的漂移
ωd M b / H
工程实际中的陀螺仪与陀螺仪模型有所差别，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。
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3
§6.1 陀螺漂移的基本概念
z
x y
ax ay 0 az 1 ey e cos
KM I6 D0 Dz Dzz e cos
2020/2/8
34
§6.6 陀螺漂移系数的确定
从陀螺漂移模型出发，利用力矩反馈法来确定陀 螺漂移系数的方法——固定位置法。
固定位置法是将安装陀螺的转台固定在某一位置，待 系统稳定后，读取力矩器的电流值。
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
2020/2/8
8
§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
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§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
固定位置法是将安装陀螺的转台固定在某一位置，待 系统稳定后，读取力矩器的电流值。
位置4： 输出轴 x 向西，输入轴 y 铅直向下，自转轴 z 向南
x zy
2020/2/8
a y 1 ax az 0 ey e sin
KM I4 D0 Dy Dyy e sin
2020/2/8
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§6.6 陀螺漂移系数的确定
从陀螺漂移模型出发，利用力矩反馈法来确定陀 螺漂移系数的方法——固定位置法。
固定位置法是将安装陀螺的转台固定在某一位置，待 系统稳定后，读取力矩器的电流值。
位置1 ：输出轴 x 铅直向上，输入轴 y 向北，自转轴 z 向西
x
y
z
ax 1 a y az 0 ey e cos
2020/2/8
17
§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
2020/2/8
18
§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
1．陀螺输入轴沿当地前垂线方向
y
ly
x
o
lz
mg z
ey e sin
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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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
az
d
D0
Dxax
Dyay
Dzaz
Dyya
2 y
Dzz az2
Dxyax a y Dyza y az Dxzax az (ip ) y
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26
§6.5 陀螺漂移的数学模型
模型只能近似地反映陀螺漂移的特性。随着制造 工艺和试验手段的不断改进，精度的不断提高，误差 模型将不断地发展和完善。不能认为现在采用的任意 一种模型是完全精确的。
固定位置法是将安装陀螺的转台固定在某一位置，待 系统稳定后，读取力矩器的电流值。
位置8：输出轴 x 铅直向下，输入轴 y 向南，自转轴 z 向西
z yx
ax 1 a y az 0 ey e cos
KM I8 D0 Dx e cos
2020/2/8
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
2020/2/8
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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
第六章
陀螺仪的测试与标定
2020/2/8
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。
度陀螺，其内环轴和外
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。可以用两个
加矩电流
力矩器的电流分别表示
内环轴
沿两根轴的漂移角速度。
加矩电流
假定陀螺在工作过程中
力矩轴是正交的，总漂 移角速度为：
d
2 dx
2 dy
2020/2/8
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