慣性量的測(cè)量課件

線加速度傳感器加速度計(jì)用來(lái)測(cè)量飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的加速度并輸出加速度信號(hào)。線加速度傳感器角加速度傳感器角加速度信號(hào)可以通過(guò)速率陀螺儀與微分電路得到。線加速度傳感器功能裝在飛機(jī)質(zhì)心處感受和測(cè)量飛機(jī)的法向加速度、縱向加速度和側(cè)向加速度。第1頁(yè)/共25頁(yè)線加速度傳感器加速度計(jì)用來(lái)測(cè)量飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的加速度并輸出加速度信1線加速度傳感器簡(jiǎn)單式線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理工作原理：電刷位移=敏感質(zhì)量塊位移-殼體位移得到相應(yīng)傳遞函數(shù)：式中：第2頁(yè)/共25頁(yè)線加速度傳感器簡(jiǎn)單式線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原2線加速度傳感器簡(jiǎn)單式線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理當(dāng)穩(wěn)態(tài)時(shí)：上式表明，當(dāng)飛機(jī)做等加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，敏感質(zhì)量塊慣性力與彈簧力大小相等，方向相反，從而使質(zhì)量塊處于平衡位置x。輸出電壓：得到：線加速度傳感器的輸出電壓正比于飛機(jī)線加速度計(jì)，相位差180°單位加速度所產(chǎn)生的相對(duì)位移量定義為線加速度傳感器的分辨率：可見(jiàn)，線加速度的分辨率反比于其固有頻率的平方，即彈簧剛度越小，質(zhì)量塊的質(zhì)量越大，線加速度傳感器的分辨率就越高。第3頁(yè)/共25頁(yè)線加速度傳感器簡(jiǎn)單式線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原3線加速度傳感器簡(jiǎn)單式線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)格低缺點(diǎn)：電刷與電位計(jì)的摩擦力較大，線性特性差，靈敏度低為解決上述問(wèn)題，用力矩系統(tǒng)代替彈簧，增加浮子式阻尼器浮子擺式加速度傳感器第4頁(yè)/共25頁(yè)線加速度傳感器簡(jiǎn)單式線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原4線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理浮子擺式加速度傳感器組成：浮子擺組合件，力矩器，信號(hào)傳感器放大器，密封殼體浮子擺組合件---單擺，浮筒，信號(hào)傳感器轉(zhuǎn)子和力矩器轉(zhuǎn)子工作原理：與簡(jiǎn)單線加速度傳感器相同單擺相當(dāng)于活動(dòng)質(zhì)量塊第5頁(yè)/共25頁(yè)線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理浮子擺式加速度傳感5線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理浮子擺式加速度傳感器根據(jù)力矩平衡，得到加速度計(jì)傳感器輸出的電壓為：撓性擺式力矩反饋加速度傳感器當(dāng)具有加速度a時(shí)，擺組件質(zhì)量m產(chǎn)生慣性力，并對(duì)撓性軸產(chǎn)生慣性力矩M=mla。力矩M使擺組件繞輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，角位移傳感器將該角度位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并放大調(diào)解為直流信號(hào)輸出。力矩器線圈輸入電流，產(chǎn)生電磁力產(chǎn)生恢復(fù)力矩第6頁(yè)/共25頁(yè)線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理浮子擺式加速度傳感6線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理?yè)闲詳[式力矩反饋加速度傳感器輸出電流與輸入加速度成正比。優(yōu)點(diǎn)：高精度，高可靠性作為主要的導(dǎo)航級(jí)加速度計(jì)，在慣性領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。第7頁(yè)/共25頁(yè)線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理?yè)闲詳[式力矩反饋加7陀螺儀精確測(cè)量飛行器的姿態(tài)角、航向角和角速度。以經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)的陀螺儀---剛體轉(zhuǎn)子陀螺儀、流體轉(zhuǎn)子陀螺儀和振動(dòng)陀螺儀以非經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)的陀螺儀---激光陀螺儀，光導(dǎo)纖維陀螺儀，壓電晶體陀螺儀，粒子陀螺儀和核子共振陀螺儀剛體轉(zhuǎn)子陀螺儀仍是學(xué)習(xí)陀螺儀基本理論的基礎(chǔ)高速旋轉(zhuǎn)的物體即為陀螺，為測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的角位移或角速度，用支架把高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子支撐起來(lái)即構(gòu)成陀螺儀---剛體轉(zhuǎn)子陀螺儀。核心：繞自轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)的剛體轉(zhuǎn)子。自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于基座有一個(gè)或者兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度：二自由度陀螺單自由度陀螺第8頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀精確測(cè)量飛行器的姿態(tài)角、航向角和角速度。以經(jīng)典力學(xué)為基8陀螺儀二自由度陀螺儀基本結(jié)構(gòu)和組成內(nèi)環(huán)和外環(huán)組成的框架裝置叫做萬(wàn)向支架。自轉(zhuǎn)軸和內(nèi)環(huán)軸相互垂直且相交，內(nèi)環(huán)軸和外環(huán)軸相互垂直且相交。三軸相交于一點(diǎn)

---萬(wàn)向交點(diǎn)。對(duì)于自轉(zhuǎn)軸，僅具有繞內(nèi)環(huán)軸和外環(huán)軸兩個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。第9頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀二自由度陀螺儀基本結(jié)構(gòu)和組成內(nèi)環(huán)和外環(huán)組成的框架裝置叫9陀螺儀二自由度陀螺儀特性1）進(jìn)動(dòng)性二自由度陀螺儀受外力矩作用時(shí)，若外力矩繞內(nèi)環(huán)軸作用，則陀螺儀繞外環(huán)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。若外力矩繞外環(huán)軸作用，則陀螺儀繞內(nèi)環(huán)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。第10頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀二自由度陀螺儀特性1）進(jìn)動(dòng)性二自由度陀螺儀受外力矩作用10陀螺儀二自由度陀螺儀特性陀螺儀的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與外力矩的作用方向相垂直的特性，稱為陀螺儀的進(jìn)動(dòng)性。---二自由度陀螺的基本特性陀螺進(jìn)動(dòng)角速度的方向取決于角動(dòng)量的方向和外力矩的方向。右手定律從角動(dòng)量L沿最短的路徑握向外力矩M的右手旋進(jìn)方向即為進(jìn)動(dòng)角速度的方向。第11頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀二自由度陀螺儀特性陀螺儀的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與外力矩的作用方向相11陀螺儀二自由度陀螺儀特性進(jìn)動(dòng)角速度的大小，取決于角動(dòng)量的大小和外力矩的大小。當(dāng)角動(dòng)量為一定值時(shí)，進(jìn)動(dòng)角速度與外力矩成正比；當(dāng)外力矩為一定值時(shí)，進(jìn)動(dòng)角速度與角動(dòng)量成反比。2）陀螺力矩產(chǎn)生機(jī)理：Coriolis效應(yīng)外界對(duì)陀螺儀施加力矩使其進(jìn)動(dòng)時(shí)，陀螺儀必然存在反作用力矩，大小和外力矩相等，方向與外力矩相反，并且作用在施加力矩的物體上---陀螺力矩第12頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀二自由度陀螺儀特性進(jìn)動(dòng)角速度的大小，取決于角動(dòng)量的大小12陀螺儀二自由度陀螺儀特性角動(dòng)量沿最短路徑握向進(jìn)動(dòng)角速度的右手旋進(jìn)方向即為陀螺力矩的方向。陀螺力矩并不作用在轉(zhuǎn)子本身，而是作用在給陀螺儀施加力矩的物體上。第13頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀二自由度陀螺儀特性角動(dòng)量沿最短路徑握向進(jìn)動(dòng)角速度的右手13陀螺儀二自由度陀螺儀特性3）定軸性二自由度陀螺儀的轉(zhuǎn)子繞自轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)即具有動(dòng)量矩L時(shí)，如果不受外力矩作用，將保持其自轉(zhuǎn)軸相對(duì)慣性空間方位穩(wěn)定的特性---定軸性利用定軸性可以指示和測(cè)量飛機(jī)的姿態(tài)角（相對(duì)于地垂線或者水平面）在軸承摩擦力矩和不平衡力矩等的影響下，將使陀螺在原始方向出現(xiàn)偏移誤差，稱為陀螺的漂移，從而影響其穩(wěn)定性。主要表現(xiàn)形式是進(jìn)動(dòng)漂移第14頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀二自由度陀螺儀特性3）定軸性二自由度陀螺儀的轉(zhuǎn)子繞自轉(zhuǎn)14陀螺儀二自由度陀螺儀特性定軸性---陀螺自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于慣性空間穩(wěn)定地球繞地軸相對(duì)于慣性空間轉(zhuǎn)動(dòng)若以地球?yàn)閰⒖蓟鶞?zhǔn)，將會(huì)看到陀螺儀相對(duì)于地球的轉(zhuǎn)動(dòng)

---表觀運(yùn)動(dòng)地球北極處陀螺儀的表觀運(yùn)動(dòng)地球赤道處陀螺儀的表觀運(yùn)動(dòng)第15頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀二自由度陀螺儀特性定軸性---陀螺自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于慣性空間15陀螺儀二自由度陀螺儀特性任意緯度陀螺儀的表觀運(yùn)動(dòng)欲使陀螺轉(zhuǎn)子方向跟蹤當(dāng)?shù)氐卮咕€或者水平面，必須適當(dāng)?shù)目刂仆勇輧x。第16頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀二自由度陀螺儀特性任意緯度陀螺儀的表觀運(yùn)動(dòng)欲使陀螺轉(zhuǎn)子16陀螺儀單自由度陀螺儀特性單自由度陀螺只有一個(gè)框架，相對(duì)基座，少了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。當(dāng)基座繞自轉(zhuǎn)軸z軸或框架軸x轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，框架仍起隔離作用，不會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)基座繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，陀螺儀沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，強(qiáng)迫陀螺儀繞y軸進(jìn)動(dòng)的同時(shí)，還強(qiáng)迫陀螺儀繞框架軸進(jìn)動(dòng)并出現(xiàn)進(jìn)動(dòng)轉(zhuǎn)角，z軸將于y軸重合。單自由度陀螺具有感受繞其輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)的特性。第17頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀單自由度陀螺儀特性單自由度陀螺只有一個(gè)框架，相對(duì)基座，17陀螺儀單自由度陀螺儀工作原理單自由度陀螺可以測(cè)量飛機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，所以稱為角速度陀螺，也稱速率陀螺?？蚣苁浇撬俣韧勇輝/L軸：內(nèi)環(huán)軸，信號(hào)輸出軸z軸：轉(zhuǎn)子軸y軸：測(cè)量軸第18頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀單自由度陀螺儀工作原理單自由度陀螺可以測(cè)量飛機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角18陀螺儀單自由度陀螺儀工作原理框架式角速度陀螺原理：沿OY軸有轉(zhuǎn)速，沿OY軸出現(xiàn)支架力矩ML，在ML

作用下，陀螺動(dòng)量矩繞OX軸進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)角速度為，角出現(xiàn)后，彈簧產(chǎn)生力矩，方向沿X軸正向。在此力矩作用下，陀螺將繞OY軸正向進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)角速度與同向。當(dāng)時(shí)，陀螺達(dá)到平衡。單自由度陀螺儀輸出轉(zhuǎn)角與輸入角速度成比例。第19頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀單自由度陀螺儀工作原理框架式角速度陀螺原理：沿OY軸有19陀螺儀陀螺儀的應(yīng)用單自由度陀螺的應(yīng)用1）角速度的測(cè)量測(cè)量飛機(jī)繞各機(jī)體軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。轉(zhuǎn)彎儀：指示飛機(jī)轉(zhuǎn)彎的方向，并粗略反映飛機(jī)轉(zhuǎn)彎的快慢角速度傳感器：提供飛行控制系統(tǒng)的微分信號(hào)，提高阻尼，改善動(dòng)態(tài)性能。2）穩(wěn)定陀螺平臺(tái)的敏感元件速率積分陀螺儀的輸入軸與平臺(tái)軸重合或者平行安裝，當(dāng)平臺(tái)受到干擾繞平臺(tái)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，平臺(tái)偏離原來(lái)方位，速率陀螺儀將感受這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，陀螺儀繞內(nèi)框軸轉(zhuǎn)動(dòng)，出現(xiàn)轉(zhuǎn)角，信號(hào)傳感器輸出與該角成比例的電壓信號(hào)，控制伺服電機(jī)，電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩傳遞到平臺(tái)，克服干擾力矩，使平臺(tái)恢復(fù)到初始方位。第20頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀陀螺儀的應(yīng)用單自由度陀螺的應(yīng)用1）角速度的測(cè)量測(cè)量飛機(jī)20陀螺儀陀螺儀的應(yīng)用二自由度陀螺的應(yīng)用垂直陀螺儀：測(cè)量飛機(jī)俯仰角和滾轉(zhuǎn)角，為自動(dòng)控制系統(tǒng)提供姿態(tài)角航空地平儀：測(cè)量飛機(jī)的姿態(tài)角，并作為指示儀表提供姿態(tài)指示縱向安置：外環(huán)軸平行于飛機(jī)的縱軸，轉(zhuǎn)子軸與地垂線重合測(cè)量原理：俯仰時(shí)：內(nèi)環(huán)穩(wěn)定，外環(huán)轉(zhuǎn)過(guò)角度即為俯仰角。傾斜時(shí)：外環(huán)穩(wěn)定，表殼轉(zhuǎn)過(guò)角度即為傾斜角。第21頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀陀螺儀的應(yīng)用二自由度陀螺的應(yīng)用垂直陀螺儀：測(cè)量飛機(jī)俯仰21陀螺儀陀螺儀的應(yīng)用二自由度陀螺的應(yīng)用為準(zhǔn)確測(cè)量飛機(jī)姿態(tài)，必須保證測(cè)量基準(zhǔn)的準(zhǔn)確

---始終保持陀螺轉(zhuǎn)子軸與地垂線重合表觀運(yùn)動(dòng)+干擾力矩引起的進(jìn)動(dòng)漂移修正修正裝置液體開關(guān)力矩電機(jī)第22頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀陀螺儀的應(yīng)用二自由度陀螺的應(yīng)用為準(zhǔn)確測(cè)量飛機(jī)姿態(tài)，必須22陀螺儀陀螺儀的應(yīng)用二自由度陀螺的應(yīng)用W1-W4為力矩馬達(dá)線圈修正原理為避免錯(cuò)誤修正力矩：加速斷縱修盤旋斷橫修

第23頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀陀螺儀的應(yīng)用二自由度陀螺的應(yīng)用W1-W4為力矩馬達(dá)線圈23課后習(xí)題線加速度傳感器的基本組成和工作原理。二自由度陀螺的基本特性？各自表現(xiàn)現(xiàn)象？單自由度陀螺有什么特性？垂直陀螺的功能？測(cè)量原理？修正注意事項(xiàng)？角速度陀螺的測(cè)量原理？第24頁(yè)/共25頁(yè)課后習(xí)題線加速度傳感器的基本組成和工作原理。第24頁(yè)/共2524感謝您的欣賞第25頁(yè)/共25頁(yè)感謝您的欣賞第25頁(yè)/共25頁(yè)25線加速度傳感器加速度計(jì)用來(lái)測(cè)量飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的加速度并輸出加速度信號(hào)。線加速度傳感器角加速度傳感器角加速度信號(hào)可以通過(guò)速率陀螺儀與微分電路得到。線加速度傳感器功能裝在飛機(jī)質(zhì)心處感受和測(cè)量飛機(jī)的法向加速度、縱向加速度和側(cè)向加速度。第1頁(yè)/共25頁(yè)線加速度傳感器加速度計(jì)用來(lái)測(cè)量飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的加速度并輸出加速度信26線加速度傳感器簡(jiǎn)單式線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理工作原理：電刷位移=敏感質(zhì)量塊位移-殼體位移得到相應(yīng)傳遞函數(shù)：式中：第2頁(yè)/共25頁(yè)線加速度傳感器簡(jiǎn)單式線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原27線加速度傳感器簡(jiǎn)單式線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理當(dāng)穩(wěn)態(tài)時(shí)：上式表明，當(dāng)飛機(jī)做等加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，敏感質(zhì)量塊慣性力與彈簧力大小相等，方向相反，從而使質(zhì)量塊處于平衡位置x。輸出電壓：得到：線加速度傳感器的輸出電壓正比于飛機(jī)線加速度計(jì)，相位差180°單位加速度所產(chǎn)生的相對(duì)位移量定義為線加速度傳感器的分辨率：可見(jiàn)，線加速度的分辨率反比于其固有頻率的平方，即彈簧剛度越小，質(zhì)量塊的質(zhì)量越大，線加速度傳感器的分辨率就越高。第3頁(yè)/共25頁(yè)線加速度傳感器簡(jiǎn)單式線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原28線加速度傳感器簡(jiǎn)單式線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)格低缺點(diǎn)：電刷與電位計(jì)的摩擦力較大，線性特性差，靈敏度低為解決上述問(wèn)題，用力矩系統(tǒng)代替彈簧，增加浮子式阻尼器浮子擺式加速度傳感器第4頁(yè)/共25頁(yè)線加速度傳感器簡(jiǎn)單式線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原29線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理浮子擺式加速度傳感器組成：浮子擺組合件，力矩器，信號(hào)傳感器放大器，密封殼體浮子擺組合件---單擺，浮筒，信號(hào)傳感器轉(zhuǎn)子和力矩器轉(zhuǎn)子工作原理：與簡(jiǎn)單線加速度傳感器相同單擺相當(dāng)于活動(dòng)質(zhì)量塊第5頁(yè)/共25頁(yè)線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理浮子擺式加速度傳感30線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理浮子擺式加速度傳感器根據(jù)力矩平衡，得到加速度計(jì)傳感器輸出的電壓為：撓性擺式力矩反饋加速度傳感器當(dāng)具有加速度a時(shí)，擺組件質(zhì)量m產(chǎn)生慣性力，并對(duì)撓性軸產(chǎn)生慣性力矩M=mla。力矩M使擺組件繞輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，角位移傳感器將該角度位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并放大調(diào)解為直流信號(hào)輸出。力矩器線圈輸入電流，產(chǎn)生電磁力產(chǎn)生恢復(fù)力矩第6頁(yè)/共25頁(yè)線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理浮子擺式加速度傳感31線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理?yè)闲詳[式力矩反饋加速度傳感器輸出電流與輸入加速度成正比。優(yōu)點(diǎn)：高精度，高可靠性作為主要的導(dǎo)航級(jí)加速度計(jì)，在慣性領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。第7頁(yè)/共25頁(yè)線加速度傳感器線加速度傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理?yè)闲詳[式力矩反饋加32陀螺儀精確測(cè)量飛行器的姿態(tài)角、航向角和角速度。以經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)的陀螺儀---剛體轉(zhuǎn)子陀螺儀、流體轉(zhuǎn)子陀螺儀和振動(dòng)陀螺儀以非經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)的陀螺儀---激光陀螺儀，光導(dǎo)纖維陀螺儀，壓電晶體陀螺儀，粒子陀螺儀和核子共振陀螺儀剛體轉(zhuǎn)子陀螺儀仍是學(xué)習(xí)陀螺儀基本理論的基礎(chǔ)高速旋轉(zhuǎn)的物體即為陀螺，為測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的角位移或角速度，用支架把高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子支撐起來(lái)即構(gòu)成陀螺儀---剛體轉(zhuǎn)子陀螺儀。核心：繞自轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)的剛體轉(zhuǎn)子。自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于基座有一個(gè)或者兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度：二自由度陀螺單自由度陀螺第8頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀精確測(cè)量飛行器的姿態(tài)角、航向角和角速度。以經(jīng)典力學(xué)為基33陀螺儀二自由度陀螺儀基本結(jié)構(gòu)和組成內(nèi)環(huán)和外環(huán)組成的框架裝置叫做萬(wàn)向支架。自轉(zhuǎn)軸和內(nèi)環(huán)軸相互垂直且相交，內(nèi)環(huán)軸和外環(huán)軸相互垂直且相交。三軸相交于一點(diǎn)

---萬(wàn)向交點(diǎn)。對(duì)于自轉(zhuǎn)軸，僅具有繞內(nèi)環(huán)軸和外環(huán)軸兩個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。第9頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀二自由度陀螺儀基本結(jié)構(gòu)和組成內(nèi)環(huán)和外環(huán)組成的框架裝置叫34陀螺儀二自由度陀螺儀特性1）進(jìn)動(dòng)性二自由度陀螺儀受外力矩作用時(shí)，若外力矩繞內(nèi)環(huán)軸作用，則陀螺儀繞外環(huán)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。若外力矩繞外環(huán)軸作用，則陀螺儀繞內(nèi)環(huán)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。第10頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀二自由度陀螺儀特性1）進(jìn)動(dòng)性二自由度陀螺儀受外力矩作用35陀螺儀二自由度陀螺儀特性陀螺儀的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與外力矩的作用方向相垂直的特性，稱為陀螺儀的進(jìn)動(dòng)性。---二自由度陀螺的基本特性陀螺進(jìn)動(dòng)角速度的方向取決于角動(dòng)量的方向和外力矩的方向。右手定律從角動(dòng)量L沿最短的路徑握向外力矩M的右手旋進(jìn)方向即為進(jìn)動(dòng)角速度的方向。第11頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀二自由度陀螺儀特性陀螺儀的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與外力矩的作用方向相36陀螺儀二自由度陀螺儀特性進(jìn)動(dòng)角速度的大小，取決于角動(dòng)量的大小和外力矩的大小。當(dāng)角動(dòng)量為一定值時(shí)，進(jìn)動(dòng)角速度與外力矩成正比；當(dāng)外力矩為一定值時(shí)，進(jìn)動(dòng)角速度與角動(dòng)量成反比。2）陀螺力矩產(chǎn)生機(jī)理：Coriolis效應(yīng)外界對(duì)陀螺儀施加力矩使其進(jìn)動(dòng)時(shí)，陀螺儀必然存在反作用力矩，大小和外力矩相等，方向與外力矩相反，并且作用在施加力矩的物體上---陀螺力矩第12頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀二自由度陀螺儀特性進(jìn)動(dòng)角速度的大小，取決于角動(dòng)量的大小37陀螺儀二自由度陀螺儀特性角動(dòng)量沿最短路徑握向進(jìn)動(dòng)角速度的右手旋進(jìn)方向即為陀螺力矩的方向。陀螺力矩并不作用在轉(zhuǎn)子本身，而是作用在給陀螺儀施加力矩的物體上。第13頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀二自由度陀螺儀特性角動(dòng)量沿最短路徑握向進(jìn)動(dòng)角速度的右手38陀螺儀二自由度陀螺儀特性3）定軸性二自由度陀螺儀的轉(zhuǎn)子繞自轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)即具有動(dòng)量矩L時(shí)，如果不受外力矩作用，將保持其自轉(zhuǎn)軸相對(duì)慣性空間方位穩(wěn)定的特性---定軸性利用定軸性可以指示和測(cè)量飛機(jī)的姿態(tài)角（相對(duì)于地垂線或者水平面）在軸承摩擦力矩和不平衡力矩等的影響下，將使陀螺在原始方向出現(xiàn)偏移誤差，稱為陀螺的漂移，從而影響其穩(wěn)定性。主要表現(xiàn)形式是進(jìn)動(dòng)漂移第14頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀二自由度陀螺儀特性3）定軸性二自由度陀螺儀的轉(zhuǎn)子繞自轉(zhuǎn)39陀螺儀二自由度陀螺儀特性定軸性---陀螺自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于慣性空間穩(wěn)定地球繞地軸相對(duì)于慣性空間轉(zhuǎn)動(dòng)若以地球?yàn)閰⒖蓟鶞?zhǔn)，將會(huì)看到陀螺儀相對(duì)于地球的轉(zhuǎn)動(dòng)

---表觀運(yùn)動(dòng)地球北極處陀螺儀的表觀運(yùn)動(dòng)地球赤道處陀螺儀的表觀運(yùn)動(dòng)第15頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀二自由度陀螺儀特性定軸性---陀螺自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于慣性空間40陀螺儀二自由度陀螺儀特性任意緯度陀螺儀的表觀運(yùn)動(dòng)欲使陀螺轉(zhuǎn)子方向跟蹤當(dāng)?shù)氐卮咕€或者水平面，必須適當(dāng)?shù)目刂仆勇輧x。第16頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀二自由度陀螺儀特性任意緯度陀螺儀的表觀運(yùn)動(dòng)欲使陀螺轉(zhuǎn)子41陀螺儀單自由度陀螺儀特性單自由度陀螺只有一個(gè)框架，相對(duì)基座，少了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。當(dāng)基座繞自轉(zhuǎn)軸z軸或框架軸x轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，框架仍起隔離作用，不會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)基座繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，陀螺儀沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，強(qiáng)迫陀螺儀繞y軸進(jìn)動(dòng)的同時(shí)，還強(qiáng)迫陀螺儀繞框架軸進(jìn)動(dòng)并出現(xiàn)進(jìn)動(dòng)轉(zhuǎn)角，z軸將于y軸重合。單自由度陀螺具有感受繞其輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)的特性。第17頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀單自由度陀螺儀特性單自由度陀螺只有一個(gè)框架，相對(duì)基座，42陀螺儀單自由度陀螺儀工作原理單自由度陀螺可以測(cè)量飛機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，所以稱為角速度陀螺，也稱速率陀螺。框架式角速度陀螺x/L軸：內(nèi)環(huán)軸，信號(hào)輸出軸z軸：轉(zhuǎn)子軸y軸：測(cè)量軸第18頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀單自由度陀螺儀工作原理單自由度陀螺可以測(cè)量飛機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角43陀螺儀單自由度陀螺儀工作原理框架式角速度陀螺原理：沿OY軸有轉(zhuǎn)速，沿OY軸出現(xiàn)支架力矩ML，在ML

作用下，陀螺動(dòng)量矩繞OX軸進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)角速度為，角出現(xiàn)后，彈簧產(chǎn)生力矩，方向沿X軸正向。在此力矩作用下，陀螺將繞OY軸正向進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)角速度與同向。當(dāng)時(shí)，陀螺達(dá)到平衡。單自由度陀螺儀輸出轉(zhuǎn)角與輸入角速度成比例。第19頁(yè)/共25頁(yè)陀螺儀單自由度陀螺儀工作原理框架式角速度陀螺原理：沿OY軸有44陀螺儀陀螺儀的應(yīng)用單自由度陀螺的應(yīng)用1）角速度的測(cè)量測(cè)量飛機(jī)繞各機(jī)體軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度