三軸陀螺儀主要用來測量無人機在飛行過程中俯仰角、橫滾角和偏航角的角速度,并根據(jù)角速度積分計算角度的改變。而一般采用雙軸傾角傳感器,與三軸陀螺儀構(gòu)成全姿態(tài)增穩(wěn)控制回路。陀螺儀測量得到的角速度信息用作增穩(wěn)反饋控制,使飛機操縱起來變的更“遲鈍”一些,從而利用傾角傳感器測得飛機橫滾角和俯仰角。然后將陀螺儀測得的角速率信息和傾角傳感器測得的姿態(tài)角進行捷聯(lián)運算,得到融合后的姿態(tài)信息。這種較為復(fù)雜的捷聯(lián)算法,能夠使姿態(tài)精度得到很大提高。在大型工程和科研項目中,陀螺儀可與加速度計等傳感器結(jié)合,實現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的精確測量和控制。重慶煤機導(dǎo)向慣導(dǎo)
陀螺儀的特性。接下來,我們用圖來說說陀螺儀的特性?!巴勇輧x”是敏感角位移的裝置,重要特性有定軸性和進動性。定軸性。定軸性很好理解,陀螺儀在高速旋轉(zhuǎn)過程中具有動量矩H,在不受外力矩作用時,自轉(zhuǎn)軸將相對慣性空間保持方向不變的特性。進動性。進動性是二自由度陀螺儀里面的概念。二自由度陀螺儀模型如下:陀螺儀。外框能夠繞外框軸旋轉(zhuǎn),內(nèi)框能夠繞內(nèi)框軸旋轉(zhuǎn),中間是旋轉(zhuǎn)的陀螺和自轉(zhuǎn)軸。進動性是指的這樣的現(xiàn)象:陀螺儀,在陀螺轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動的情況下,如果按如圖所示用力作用于內(nèi)框架,會使得外框架按如圖所示方向轉(zhuǎn)動,從而導(dǎo)致動量矩H(即自轉(zhuǎn)軸的方向)相應(yīng)轉(zhuǎn)動。或者另外一種情況:陀螺儀,用力推動外框,使得內(nèi)框架繞內(nèi)框軸轉(zhuǎn)動。類似于牛頓第三定律,當推動外框架或者內(nèi)框架改變動量矩H的方向時,陀螺儀會產(chǎn)生反作用力矩,其大小與外力矩相等,方向相反。這也是陀螺儀的基本特性之一。四川自動化采煤慣性導(dǎo)航系統(tǒng)船舶導(dǎo)航系統(tǒng)中,陀螺儀可提供精確的方向信息,幫助船舶避開暗礁和淺灘。
陀螺儀的基本部件包括:1、陀螺轉(zhuǎn)子(常采用同步電機、磁滯電機、三相交流電機等拖動方法來使陀螺轉(zhuǎn)子繞自轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn),并見其轉(zhuǎn)速近似為常值)。2、內(nèi)、外框架(或稱內(nèi)、外環(huán),它是使陀螺自轉(zhuǎn)軸獲得所需角轉(zhuǎn)動自由度的結(jié)構(gòu))。3、附件(是指力矩馬達、信號傳感器等)。陀螺儀的兩個重要特性,陀螺儀有兩個非常重要的基本特性:一為定軸性,另一是進動性,這兩種特性都是建立在角動量守恒的原則下。定軸性,當陀螺轉(zhuǎn)子以高速旋轉(zhuǎn)時,在沒有任何外力矩作用在陀螺儀上時,陀螺儀的自轉(zhuǎn)軸在慣性空間中的指向保持穩(wěn)定不變,即指向一個固定的方向;同時反抗任何改變轉(zhuǎn)子軸向的力量。這種物理現(xiàn)象稱為陀螺儀的定軸性或穩(wěn)定性。
普遍使用的MEMS陀螺(微機械)可應(yīng)用于航空、航天、航海、兵器、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域。并且MEMS陀螺相比傳統(tǒng)的陀螺有明顯的優(yōu)勢:1.體積小、重量輕。適合于對安裝空間和重量要求苛刻的場合,例如彈載測量等。2.低成本。3.高可靠性。內(nèi)部無轉(zhuǎn)動部件,全固態(tài)裝置,抗大過載沖擊,工作壽命長。4.低功耗。5.大量程。適于高轉(zhuǎn)速大g值的場合。6.易于數(shù)字化、智能化??蓴?shù)字輸出,溫度補償,零位校正等。從力學(xué)的觀點近似的分析陀螺的運動時,可以把它看成是一個剛體,剛體上有一個萬向支點,而陀螺可以繞著這個支點作三個自由度的轉(zhuǎn)動,所以陀螺的運動是屬于剛體繞一個定點的轉(zhuǎn)動運動。陀螺儀在某些領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義,如導(dǎo)彈制導(dǎo)、潛艇導(dǎo)航等。
我們以一個單軸偏航陀螺儀為例,探討較簡單的工作原理(圖1)。兩個正在運動的質(zhì)點向相反方向做連續(xù)運動,如藍色箭頭所示。只要從外部施加一個角速率,就會產(chǎn)生一個與質(zhì)點運動方向垂直的科里奧利力,如圖中黃色箭頭所示。產(chǎn)生的科里奧利力使感應(yīng)質(zhì)點發(fā)生位移,位移大小與所施加的角速率大小成正比。因為傳感器感應(yīng)部分的運動電極(轉(zhuǎn)子)位于固定電極(定子)的側(cè)邊,上面的位移將會在定子和轉(zhuǎn)子之間引起電容變化,因此,在陀螺儀輸入部分施加的角速率被轉(zhuǎn)化成一個專門使用電路可以檢測的電參數(shù)。激光陀螺儀則利用光的干涉效應(yīng)測量角速度,具有高精度和長期穩(wěn)定性,在慣性導(dǎo)航和高精度測量中應(yīng)用普遍。廣西高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)
陀螺儀是一種用于測量和檢測物體角速度和角位移的儀器。重慶煤機導(dǎo)向慣導(dǎo)
當陀螺儀應(yīng)用到車載導(dǎo)航上,便大幅度提升了導(dǎo)航的精確度,它的作用體現(xiàn)在:1、陀螺儀能在GPS信號不好時能繼續(xù)發(fā)揮導(dǎo)航的作用并修正GPS定位不準的問題,在GPS信號不好時,陀螺儀可根據(jù)已獲知的方位、方向和速度來繼續(xù)進行精確導(dǎo)航,這也是慣性導(dǎo)航技術(shù)的基本原理。同時也可修正GPS信號不好時定位偏差過大的問題。2、陀螺儀能比GPS提供更靈敏準確的方向和速度,GPS是無法即時發(fā)現(xiàn)車子速度和方向的改變的,要等跑了一段距離之后才能測出,因此當你車子在非導(dǎo)航情況下轉(zhuǎn)變了方向后,就會出現(xiàn)小陳那樣的狀況,導(dǎo)航就無法辨識你車子的轉(zhuǎn)向,結(jié)果把方向?qū)уe了。重慶煤機導(dǎo)向慣導(dǎo)