惯性导航系统原理_陀螺稳定平台工作原理

第四章 陀螺稳定平台工作原理
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4.1 各类稳定平台简介 4.1.1 直接式陀螺稳定平台 4.1.2 间接式陀螺稳定平台 4.1.3 动力式陀螺稳定平台 4.1.4指示式陀螺稳定平台 4.1.5 用速率陀螺仪构成的稳定平台
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4.1 各类稳定平台简介
陀螺稳定平台的稳定作用之一是平台能自动产生卸荷力矩对消干扰力矩. 卸荷力矩由两类不同的力矩组成:
&×H M dy = β
Mg
Mdy
& β
& Mg = H ×β
ห้องสมุดไป่ตู้
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以框架组件为分析对象,框架组件的总动量矩为
b b HG = H b + [ I ](ωib + ω b bG )
zb β
z
0 I x +0 = H sin β H cos β 0
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该陀螺稳定系统,倾倒力矩的对消过程为:
在倾倒力矩Mdy (假设沿列车向前,即图中穿入纸面方向)作用下,
& 向左,即x 负方向, 陀螺发生进动,引起的进度角速度 β b
Up zb
& β
Mdy
yb
Forward
此进动角速度引起陀螺力矩 & M = H ×β
g
Mg方向沿列车后向,即图中穿出纸 面方向,因此陀螺力矩对倾倒力矩直 xb Right 接起到了对消作用.
&) M b ω y I x (ωx − β x −ωx H sin β + I yω y = M dy H cos β + I zωz M zb 0
&&) − ω ( H sin β + I ω ) + ω ( H cos β + I ω ) = M b &x − β I x (ω z y y y z z x & cos β + I ω & & Hβ y y + ωz I x (ωx − β ) − ωx ( H cos β + I zωz ) = M dy & sin β + I ω & ) + ω ( H sin β + I ω ) = M b & − ω I (ω − β −H β
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陀螺稳定平台 惯性平台
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.
如平台式惯导系统中使用的稳定平台，要求精确模拟惯导 系统所采用的导航坐标系,精度要求达到角分级甚至角秒级, 此类平台习惯上称之为惯性平台. 又如天线、炮塔等稳定系统,被控对象体积和重量都十分庞大, 精度要求不必像惯性平台那样高,控制的旋转轴也可能少于三 轴,此类稳定平台习惯上称之为陀螺稳定装置. 陀螺稳定平台的2个基本功能: 区别：1精度2体积3稳定的轴的数量 1）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; 2）跟踪功能,即能跟踪指令,按要求的角速度旋转,确保平台的 2010-05 坐标轴指向要求的方位. 3
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直接式陀螺稳定平台
单轨列车设计方案
(1)干扰力矩全部由陀螺力矩对消的稳定平台.
zb
Up
zb
yb
Forward
ωz
β
z
车体坐标系与车厢固联,简记b
H
& β ωy β y
xb
Right
xb ( x )
yb
ωx
设车厢的旋转角速度沿xb, yb, zb的分量分别为ωx, ωy, ωz转子自转产生的角动量为H,框架组件(包括 转子和框架)的惯性张量为[I]=diag[Ix Iy Iz]。 xyz为陀螺框架坐标系,简记为G,相对车体坐标系绕xb有偏角β.
惯性导航系统原理
程向红 2010.05
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第二篇 陀螺稳定平台
陀螺具有定轴性和进动性. 具有1)相对惯性空间指向保持不变的能力和2)按照要求 的规律相对惯性空间旋转的能力,因此可利用陀螺来控制 被控对象的角运动. 控制角运动包含2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,例如 船舶上的同步卫星接收天线,当船舶受风浪作用而摇晃时,天 线能始终指向同步卫星; 二是能使被控对象按指令即要求的规律旋转,指向始终跟踪 变动着的方向,例如监测火箭发射的地面光学跟踪系统,光轴 始终跟踪观察点与火箭的连线,而该连线的指向在不断地变 化着.
0 Iy 0
& 0 ω x − β 0 ω y Iz ωz
Hcosβ
ωz
H
& β ωy β y
yb
&) I x (ω x − β = H sin β + I yω y H cos β + I zωz
根据动量矩定理,并应用哥氏定理,得
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dH G b b + ωib × HG = Mb dt b
b
&&) 0 &x − β I x (ω & & cos + H β β I ω y y + ωz 展开上式得: & sin β + I ω − H β & z z −ω y
−ωz 0 ωx
ωx
Hsinβ
xb ( x )
&&) 0 I x (ω &x − β & & H β cos β + I ω y y + ωz & sin β + I ω − H β & z z −ω y
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−ωz 0 ωx
&) M b ω y I x (ωx − β x −ωx H sin β + I yω y = M dy H cos β + I zωz M zb 0
1）由固联在台体上的陀螺产生的陀螺力矩; 2）由平台的伺服回路产生的伺服力矩.
按两类力矩在卸荷力矩中所起作用的不同,对陀螺稳定平台分类:
(1)直接式陀螺稳定平台. (2)间接式陀螺稳定平台. (3)动力式陀螺稳定平台. (4)指示式陀螺稳定平台. (5)指示-动力式陀螺稳定平台.
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下面实例分析