惯性级陀螺原理

d
Md H
广义定义
陀螺输出量相对理想情况下输出量之差的时间变化率
衡量陀螺精度的主要指标
陀螺漂移的主要种类
★常值漂移 在规定工作条件下，数值为常值的漂移 ★随机漂移 在任意一次工作中，数值不等的随机性漂移 ★逐次漂移 在每次系统启动时，常值漂移测量值的随机性变化
陀螺漂移的性质
★随机漂移 衡量陀螺精度的最重要指标，表征陀螺短期工作 的稳定性 ★逐次漂移 常值漂移的时间不稳定性，表征陀螺长期工作的 稳定性
平衡环的扭摆运动
平衡环振荡规律
x ①当自转轴绕壳体轴 b相对驱动轴出现偏角 时
转子连同平衡环绕内扭杆轴线相对驱动轴的转角变化规律
cost cos
转子绕外扭杆轴线相对驱动轴的转角变化规律
②当自转轴绕壳体轴 yb相对驱动轴出现偏角 时
转子连同平衡环绕内扭杆轴线相对驱动轴的转角变化规律
sint sin sint sin
外扭杆作用到转子上
平衡环的扭摆运动
平衡环扭摆过程分析
④驱动轴旋转270° ★内扭杆、平衡环、外扭杆、转子一起旋转90°
★外扭杆轴线 y2 转动到沿壳体轴 xb 的正向
★自转轴方位保持不变→自转轴必然绕外扭杆轴线
y2 的正向相对驱动轴转过一个 角，
★外扭杆扭转刚度很小而内扭杆抗弯刚度很大→平
衡环绕内扭杆轴线 x2 转回到原来的位置， 0
★自转轴保持原空间方位不变→自转轴绕内扭杆轴
线 x2 的负向相对驱动轴转过一个 角
★内扭杆的扭转刚度很小而外扭杆的抗弯刚度很大
→平衡环也必然绕内扭杆轴线 x2 的负向相对驱动轴
转过同一个 角， ★内扭杆产生反方向的扭转变形，而外扭杆的扭转 变形为0， 0 ★内扭杆扭转变形所产生的弹性力矩通过平衡环和
惯性级陀螺的性能要求
测量精度高 d＜0.01 h
惯导应用场合 精度要求（度/小时）
航空导航 航海导航 航天制导
0.01 0.0001 0.001 0.00001 0.1 0.00001
惯性级陀螺的性能要求
测量范围宽
惯导种类
测量范围
性能要求
平台式惯导 max min 75 h 0.001 h ＞ 7.5104
捷联式惯导 max min 400 s 0.01 h 108 109
惯性级陀螺的性能要求
刻度因素稳定
种类
表达式
稳定范围
力矩器刻度因素
单位力矩作用下产生 的控制力矩
Mt KtIc
5105 5106
指令速率刻度因素 单位电流作用下的
施矩速率
c
Mt H
Kt Ic H
KcIc
104 105
思考作业题
陀螺基本特性
稳定性（定轴性）
陀螺不受外力距作 用时，其自转轴相对 惯性空间保持方位稳 定的特性。
dH M M0 H C dt
陀螺基本特性
进动性
陀螺受外力距 作用时，陀螺自 转轴绕施矩轴垂 直方向（交叉轴） 转动的特性。
陀螺基本特性
进动性解释
dH 0
V
dt
dH 0
dt
M0
V M0
V
平衡环的支承结构导致→ 两对相互正交的挠性轴都只 能产生扭转变形而不能产生 弯曲变形→平衡环产生振荡 运动
平衡环的扭摆运动
平衡环扭摆过程分析
平衡环的扭摆运动
平衡环扭摆过程分析
①驱动轴处于初始位置
★内扭杆轴线x2 与壳体轴 xb 重合 ★★自内转扭轴杆的z2扭绕转壳刚体度轴很xb小的而正外向扭转杆过的一抗个弯刚角度很大 →转子和平衡环也必然绕内扭杆轴线 x2 的正向相对
１.试用哥氏加速度解释陀螺的进动性。 ２.试用达朗伯原理推导陀螺技术方程。 ３.陀螺随机漂移为何就是表征陀螺精度的最 重要指标？ 4.惯性级陀螺与常规陀螺在技术指标方面有 哪些不同的要求？
惯性导航系统 第十讲 挠性陀螺的支承原理
教学内容
一、挠性支承原理 二、平衡环的扭摆运动
挠性支承原理
细颈式挠性接头支承
★外扭杆扭转变形产生的弹性力矩直接作ห้องสมุดไป่ตู้于转子
平衡环的扭摆运动
平衡环扭摆过程分析
⑤驱动轴转动1周
恢复到初始位置。在驱动轴带 动转子旋转一周过程中，转子连 同平衡环绕内扭杆轴线相对驱动 轴的转角，以及转子绕外扭杆轴 线相对驱动轴的转角，均是按简 谐振荡规律作一个周期的变化。 振荡的幅值等于自转轴相对驱动 轴的偏角，振荡的频率等于转子 旋转的频率。
驱动轴转过同一个角， ★内扭杆产生扭转变形，而外扭杆的扭转变形为0 ， 0 ★内扭杆扭转变形所产生的弹性力矩通过平衡环和
外扭杆作用到转子上
平衡环的扭摆运动
平衡环扭摆过程分析
②驱动轴旋转 90 ★抗弯刚度很大的内扭杆带动平衡环，平衡环再通过
抗弯刚度很大的外扭杆带动转子一起旋转90°
★外扭杆轴线y2 转动到沿壳体轴xb 的负向
转子绕外扭杆轴线相对驱动轴的转角变化规律
★自转轴方位保持不变→故自转轴必然绕外扭杆轴线
y2 的负向相对驱动轴转过一个 角，
★外扭杆的扭转刚度很小而内扭杆的抗弯刚度很大→ 平衡环必然绕内扭杆轴线转回到原来的位置， 0
★外扭杆扭转变形产生的弹性力矩直接作用到转子上
平衡环的扭摆运动
平衡环扭摆过程分析
①驱动轴处于旋转180°
★内扭杆轴线x2转动壳体轴 xb 的负向
挠性支承原理
动力调谐式挠性接头支承
挠性接头有一对相互 垂直的扭杆和一个平衡 环构成。
内、外扭杆绕其自身 轴线应具有低的扭转刚 度，而绕与内、外扭杆 轴线垂直的方向应具有 高的抗弯刚度。
平衡环的扭摆运动
平衡环的扭摆运动现象
驱动轴高速旋转→自转轴 相对惯性空间保持方位稳定
自转轴与驱动轴存在相对 偏角→自转轴仍保持不动
惯性导航系统
第九讲 惯性级陀螺概述
教学内容
一、陀螺基本特性 二、衡量陀螺精度的主要指标 三、惯性级陀螺的性能要求
陀螺基本特性
定义
测量载体相对惯性空间角位置或角速度的装置。
分类（按工作原理分）
机械转子式：框架陀螺、液浮陀螺、三浮陀螺、挠 性陀螺、静电陀螺
光学式：激光陀螺、光纤陀螺 振动式：半球谐振陀螺、微机械陀螺 新型式：微光机电陀螺、原子陀螺
H
H
M
M
H
陀螺基本特性
技术方程
J J
x y
H H
Mx My
Jx、J y 绕陀螺外、内环轴的转动惯性力矩
H 、- H 绕陀螺外、内环轴的哥式惯性力矩
衡量陀螺精度的主要指标
陀螺漂移
陀螺自转轴在干扰力矩的作用下发生进动而逐渐偏离 它在惯性空间初始方位的现象
陀螺漂移率
陀螺在干扰力矩作用下产生的进动角速度