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《擺式陀螺尋北儀等速積分尋北》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、關于擺式尋北儀等速積分測量方法前言我所擺式陀螺尋北儀的研制工作已經走過了30多年的歷程，從簡單的60分鐘的手動跟蹤測量、20分鐘的自動積分測量到10分鐘自動循環(huán)阻尼測量；從外協(xié)少量生產到自行批量生產；從一兩個研制人員到目前的十幾個人的工程組并且在國內一直保持著領先的地位。隨著市場需求的擴大和行業(yè)競爭的加劇，我所的領先地位越來越顯示危機狀態(tài)。其主要原因是技術上未能做到不斷創(chuàng)新，不斷跟蹤國外先進技術。就目前使用的循環(huán)阻尼尋北方法是來說，這是20年前參考美國1960年資料的研究成果（嚴格的說，又遠未達到1
2、960年美國的水平）。而在此期間，國外相繼出現(xiàn)了多種更新的測量方法而我們卻基本上停留在原來的測量方法上雖然車載尋北儀的出現(xiàn)改變了擺式尋北儀在尋北技術領域內的獨占地位但是由于兩類尋北儀的市場基本上不相互重疊，因此在中高精度尋北儀市場中，擺式尋北儀仍然占有優(yōu)勢地位，在可預期時間內仍然具有相當大的生命力。根據(jù)本人對多年來參與擺式尋北儀的研制工作所積累的經驗和收集的國外有關資料的分析，建議開展一些新測量方法的研究課題為研制新一代擺式尋北儀做準備?；舅枷胧恰饛倪\動狀態(tài)測量轉為加矩測量；○突破以往尋北時間受陀
3、螺擺動周期限制的技術障礙，達到快速尋北的目的○消除懸?guī)Я阄?，即零偏的影?.等速過零尋北方法懸吊擺式陀螺尋北儀(下稱擺式尋北儀)的測量方法可簡單分為擺動狀態(tài)測量法和力矩測量法。前者是通過各種手段測定陀螺轉子軸(或稱H軸)的運動狀態(tài)。如位置、速度或通過某個方位角的時間等，來求得H軸的平衡位置，并以此計算真北方位。而后者則是通過測定陀螺指北力矩來推算真北方位。根據(jù)尋北測量過程中懸?guī)芘顟B(tài)，可分為受扭和不受扭測量方法。當然還可以按其他方法分類。采用擺動狀態(tài)測量法時，測量時間將受到擺動周期的限制，而減小擺
4、動周期又受到結構和測量地點緯度的限制。為了減少尋北時間，出現(xiàn)了靜態(tài)扭矩測量方法，這種方法在尋北時不再受擺動周期的限制，但是由于需要粗尋北過程，而多數(shù)粗尋北方法仍與擺動周期有關，因而仍然無法進一步加快尋北過程。為了實現(xiàn)快速尋北，必須從原理上突破上述限制尋找新的方法。等速尋北方法(或稱為等速過零尋北法)的尋北時間與擺系統(tǒng)固有擺動周期無關，從而為擺式尋北儀實現(xiàn)快速尋北開辟了一個新的途徑。1972年,德國學者BARON和WARREN提出一種等速尋北方法。其基本思想是：當尋北儀的隨動架驅動上懸?guī)A繞鉛垂方向轉
5、動時，為了使陀螺H軸與上懸?guī)A一起同步轉動(即H軸進動)，必須通過力矩器對擺施加某控制力矩來平衡陀螺的指北力矩、懸?guī)ぞ?、空氣阻尼力矩、陀螺擺的慣性力矩以及陀螺擺等效慣性（即）力矩。當陀螺房的外阻尼筒和隨動架一起同步轉動時，空氣阻尼力矩11和懸?guī)ぞ乜梢院雎浴６斖勇莘颗c外阻尼筒和隨動架一起等速同步轉動時則慣性力矩為零，力矩器的控制力矩只用來平衡指北力矩并且此平衡力矩與速度大小無關。從原理上講，上述控制力矩應該在水平面內且與H軸垂直。但是由于擺式陀螺尋北儀為重心下移的特殊結構和運動特性，在構成新的閉
6、環(huán)控制系統(tǒng)后，上述控制力矩也可以繞鉛垂方向作用(這就是目前普遍使用的加矩方法)。其小參數(shù)線性化控制過程可用圖1表示。圖1中的第一個環(huán)節(jié)W1(S)為角度傳感器的變換系數(shù)和P.I控制器。通過P.I.控制器，給系統(tǒng)引入一個積分環(huán)節(jié)并構成一個二階無差度系統(tǒng)，用以消除尋北系統(tǒng)在等速輸入下可能出現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)誤差（注意！這是必須的）。*為給定速度值(通常為電壓或數(shù)字量)，a為隨動架的方位轉角。為位置傳感器－放大器－力矩器的變換系數(shù)，其物理意義是：對應傳感器每單位轉角差力矩器產生的力矩值或稱為電彈簧的剛度。由系統(tǒng)框圖可
7、得系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)：(1)此時系統(tǒng)的擺動周期為(2)而原始系統(tǒng)的擺動周期為2(3)當時則，而且系統(tǒng)的動態(tài)特性基本上與測量地點的緯度無關。從(1)還可以得出,在過渡過程完成之后有(4)為了計算尋北過程中力矩器所施加的力矩與陀螺指北力矩的關系，根據(jù)系統(tǒng)框圖可得:(5)同樣，在過渡過程完成之后有：11(6)將(4)代入(6)可得:(7)從框圖又得到(8)這就是說,在過渡過程完成后，力矩器的輸出力矩正好等于陀螺的指北力矩。為了使H軸繞鉛垂方向進行等速方位轉動，在開環(huán)條件下通常必須沿水平方向對陀螺施加力矩。
8、而為了利用擺動控制力矩器沿垂直方向的輸出力矩來控制陀螺方位轉動必須通過閉環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)。根據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)框圖推導出的結果指出，此時閉環(huán)系統(tǒng)沿垂直方向的力矩和沿水平方向的力矩是等效的，即為：(9)上式指出，當H軸進動達到北向的瞬時，即，陀螺的指北力矩為零，力矩器的加矩電流也等于零。因此通過記錄力矩器加矩電流為零時刻隨動機構(或方位度盤)零位的方位角即可實現(xiàn)尋北。顯然這種尋北方法不需要緯度輸入。顯然，只要力矩器有足夠大的加矩能力，就可以用足夠短的時間使陀螺擺從靜止狀態(tài)或隨機干擾運
