d坐标系及陀螺应用.pptVIP

* * 坐标系：惯性坐标系 坐标系的引入：定量描述运动的需要 坐标系的选取：根据研究对象及运动特点 日心惯性坐标系 I X0 Y0 Z0 地球惯性坐标系 E X0 Y0 Z0 坐标系：地球、地理、载体、陀螺 地球坐标系 Eξηζ 地理坐标系 A E N Z’ 载体坐标系 Bxb yb zb 姿态角（偏航、俯仰、横滚） 陀螺坐标系 o x y z（内框架） 动参考坐标系oξηζ （对应惯性或地理坐标系） 动参考坐标系vs陀螺坐标系 自由陀螺仪：概述 自由陀螺仪：沿着内外框架无任何外力矩的二自由度陀螺仪 功能：模拟惯性空间的方向基准 应用：宇宙飞行 近、中程导弹 射击平面 坐标系X0 Y0 Z0’ 忽略地球自转引起的惯性坐标系以及模拟惯性坐标系的陀螺坐标系与射击平面坐标系之间的相对转动（表观运动） 自由陀螺仪：应用 俯仰通道 横滚、偏航 地平仪：需求背景 飞机飞行时，需要获知飞机相对水平面的偏角 早期的飞行员只能依靠目测或本体感觉，有很大局限。 需要借助某种仪器，在飞机上建立人工水平面（水平或地垂线基准） 地平仪：重力摆方案 重力摆具有敏感地垂线（水平）基准的特性 重力机械摆 重力液体摆 缺点：重力摆容易受运动干扰 地平仪：陀螺方案 二自由度陀螺 优点：可以稳定地指示惯性空间中的固定方向，不受运动干扰 缺点：不能敏感（跟踪）地垂线的方向 地平仪：互补方案 重力摆 优势：能敏感地垂线 劣势：易受运动干扰 不能稳定指示地垂线方向 陀螺仪 优势：能稳定指示固定方向 不易受运动干扰 劣势：不能敏感地垂线 二者优势互补 = 陀螺地平仪 修正装置及其任务： 1 随时测量出转子轴偏离地垂线的误差角 2 产生修正力矩，使转子进动，消除误差角 地平仪：工程实现 工程实现：二自由度陀螺仪 + 液体摆+ 检测电路 + 力矩电机 地平仪：修正原理 力矩电机：定子中有两个匝数相同但绕向相反的控制绕组 转子轴偏离重力垂线 液体摆输出电流差 电机产生修正力矩 转子轴产生进动 进动使偏角减小 地平仪：加速度影响及对策 加速度的影响： 当载体存在加速度，液体摆的气泡也将会偏离中心位置 液体摆给出虚假的陀螺转子轴偏角信号 虚假的偏角信号输送给力矩电机， 使转子轴产生不必要（也不该有）的进动 最终使转子轴反而偏离地垂线方向。 对策： 引入加速度敏感元件，控制反馈回路的开闭 航向仪：背景及方案 飞行器贴近地球表面运动时，需要获知其航向 航向角：载体纵轴在水平面的投影和当地地理北向间的夹角 关键：北向基准的建立 北向基准的建立途径： 1、指南针 地磁场与磁力线、磁偏角、航海地图与磁偏角修正 局限：易受干扰，磁极附近失灵 2、陀螺仪 优点：对方向具有记忆性 缺点：不能自主寻北 航向仪：结构及工作状态 结构组成 二自由度陀螺仪 磁罗盘修正系统 两种工作状态 1、地磁校正工作状态（非强磁、低纬度地区且等速飞行） 2、陀螺半罗盘工作状态 状态切换 飞行中根据飞行区域以及飞行状况，切换航向仪的不同工作状态 方位修正与水平修正 陀螺罗经：基本原理 陀螺罗经：自动找出地理北向，无需借助其它仪表校正 应用：舰船、武器、勘采等 基本工作原理 利用地球自转和重力场的综合效应，使二自由度陀螺自转轴自动地精确寻找真北方向 基本工作原理分析 地球自转时 1、地理坐标系～地轴方向 地理坐标系绕着地轴旋转 从地理坐标系中观察，地轴方向为北极星指示的固定方向 * * * 绕银河系周期1.9亿年，半径3.9万光年，加速度2.4×10-11g