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陀螺仪知识 高性能锁尾陀螺仪的原理及设计 高性能锁尾陀螺仪的原理及设计 By winster 前言 此文是本人入模以来对遥控电动直升机机载电子设备研究、认识、设计心得、技术发展与展望系列文章中的一篇,以后还会陆续推出三轴飞行平衡仪、电调、舵机、遥控发射/接收的篇章,目的在于与模友们共同学习遥控电动直升机机载电子设备知识，了解锁尾陀螺仪的工作原理及使用,并与有兴趣自制设计飞行陀螺仪的模友共同探讨研究,共同进步。考虑到篇幅有限，本文部分内容已删减。 一、陀螺仪原理介绍 陀螺仪的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。 现代陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器。传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。70年代提出了现代光纤陀螺仪的基本设想，到八十年代以后，光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以目前光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪，成为现代导航仪器中的关键部件。和光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外，还有现代集成式的振动陀螺仪，集成式的振动陀螺仪具有更高的集成度，体积更小，也是现代陀螺仪的一个重要的发展方向。 飞行方向陀螺仪的作用是控制航向，并能自动修正方向偏差，使飞行器沿预定的航线飞行。 传统的航模用陀螺仪一般为纯硬件速率控制模式，即采用P比例控制线性补偿技术，根据陀螺传感器实时检测机体旋转加速度以模拟信号输出，该信号经硬件电路跟踪放大并与一个多谐振荡器产生的方波共同整形，形成一个角位置偏差补偿控制信号，然后叠加到尾舵机控制信号上，一同控制尾舵机动作，从而实现自动修正航向。其存在的缺陷：由于仅采用P比例控制技术，对于比例控制而言，虽然控制响应速度快，但无法消除自控制误差，且由于机体旋转速度受环境影响变化快且复杂，即使硬件电路设计了PLL锁相环等自动跟踪电路，硬件电路仍然控制精度不高。那每次变化调整产生的稳态误差就不可避免，只要存在控制误差，则随时间的增长，累积到一定程度，其值可能变得很大，足以造成机体角位置漂移，也就是不锁尾或不锁头了。 而锁尾陀螺仪在原有技术的基础上通过增加了软件算法实现对控制误差的修正，使机体角位置飘移的现象得以大大的抑制，真正做到了锁尾。 二、锁尾陀螺仪的硬件设计方案： 锁尾陀螺仪控制系统的硬件应完成以下的任务： 1、 接收和执行来自遥控发射/接收机送来的机身旋转控制信号； 2、 自动检测判断来自遥控发射/接收机的机身位置中立信号； 3、 根据单轴陀螺传感器检测的机身旋转信息，选用速率控制系统或AVCS角度向量控制 系统对机体旋转位置进行自动控制； 4、 通过开环模式驱动尾舵机的动作实现机体旋转位置的控制和调整； 查看详细资料 TOP winster 二级士官 帖子227 精华2 积分330 性别男 来自上海 在线时间122 小时 注册时间2008-3-14 最后登录2011-1-29 个人空间 发短消息 加为好友 当前离线 沙发 大 中 小 发表于 2009-2-12 15:10 只看该作者 硬件接口设计的基本方案： 1、高性能单轴陀螺传感器（模拟信号输出）+仪用放大器+电压跟随器+A/D转换器（模拟或数字输出）+MCU微控制器 2、高性能单轴陀螺传感器（模拟信号输出）+仪用放大器+电压跟随器+MCU微控制器（内置A/D转换器） 3、高性能单轴陀螺传感器（数字信号输出）+MCU微控制器 仪用放大器提高了采样电路的抗干扰能力，大大抑制共模干扰。电压跟随器起到缓冲和隔离，防止A/D采样时可能出现的模拟信号电压下降或缺失。经性能、成本、体积等方面考虑，本系统采用了方案3，既提高了性能，又简化了硬件电路，使之易于实现。 陀螺传感器的选用：陀螺传感器的种类主要有机械式、压电式、激光式、光纤式。航模陀螺仪应用较多是压电式。随MENS技术的发展，小型化、性能更佳的单轴、多轴陀螺传感器陆续面市。陀螺传感器的选用应注意最大量程和最小量程指标，一般最大量程指标取300度/秒就可以满足要求了。抗震性好，小型化，信号输出方式（数字信号输出为佳）。 MCU微控制器的选用：32位微控制器在速度、功能，性能方面大大优于8位或16位机，近年来随着单片机技术的快速发展，各种价格低廉、速度更快、功能强大的32位机相继推出， 32位机的应用呈主流趋势发展。综合