第6章陀螺仪漂移及测试.ppt

x z
y
ax 1 ay az 0
ey e cos
KM I2 D0 Dx e cos
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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。
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

Mb
mglz H
K M I Bx / H esin
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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
x N
yK ly
lz
ey e coscosK
z
d

Mb H
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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
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
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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
力矩器
IA
信号器
OA
记 录装
置
加矩电流
SA 放大器
K M I Bx iy H M b
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KM I5 D0 Dz Dzz e cos
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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6 ：输出轴 x 向西，输入轴 y 向南，自转轴 z 铅直向上

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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§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。
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
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§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
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
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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。
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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
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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
1．陀螺输入轴沿当地前垂线方向
y
ly
x
o
lz
mg z
ey e sin
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。
第六章
陀螺仪的测试与标定
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§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。
使用模型时，要根据实际需要（主要是对精度的 要求）和测试条件的可能性，保留起主要作用的项， 忽略某些次要项，简化测试过程，提高测试效率。
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§6.6 陀螺漂移系数的确定
d

D0
Dxax
Dyay
Dzaz

D
yy
a
2 y

Dzz
a
2 z
Dxyax a y Dyza y az Dxzax az (ip ) y
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。
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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
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
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
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§6.2 影响陀螺漂移的主要因素
一 伺服跟踪法的基本原理
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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
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12
§6.3 陀螺测试的伺服跟踪法
二 伺服跟踪法的测速方法
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。
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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

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 ecoscosK
ly y
ωd

Mb
mgly H

KM IBx /H
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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§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
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§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

பைடு நூலகம்
Dxxa
2 x

D
yy
a
2 y

Dzz
a
2 z
Dxyaxay Dyzayaz Dxzaxaz
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§6.5 陀螺漂移的数学模型
KM I1 D0 Dx e cos
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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2 ：输出轴 x 铅直向上，输入轴 y 向南，自转轴 z 向东
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。
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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
对伺服状态的双自由
外环轴
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
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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5： 输出轴 x 向西，输入轴 y 向北，自转轴 z 铅直向下
y x
z
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ax a y 0 az 1 ey e cos
z
x y
ax ay 0 az 1 ey e cos
KM I6 D0 Dz Dzz e cos
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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。
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
ωe cos cosK
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§6.5 陀螺漂移的数学模型
陀螺漂移的数学模型是指描述陀螺漂移变化规 律的数学表达式。在建立数学模型的基础上，漂移 测试和数据处理的目的就转化为确定模型中参数的 大小及其稳定性，分析这些参数与物理因素间的关 系，从而找到改进陀螺性能的方向和途径，并为陀 螺的使用提供依据。
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§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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§6.1 陀螺漂移的基本概念
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
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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。
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§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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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
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a y 1 ax az 0 ey e sin
KM I4 D0 Dy Dyy e sin