基于锁放干扰力矩作用的摆式陀螺仪动力学建模

针对摆式陀螺仪锁放过程中陀螺灵敏部锁放稳定性和锁放速度主要受到锁放干扰力矩的影响,从而影响陀螺仪整体寻北时间的问题。在利用动静法原理建立摆式陀螺仪动力学模型的基础上,分析了在锁放干扰力矩的影响下摆式陀螺仪的运动情况和受力情况,并给出了在此条件下的动力学模型。

步进快速限幅摆式陀螺寻北仪

针对摆式陀螺寻北仪存在的限幅效率低的工程实际问题,提出了一种步进快速限幅方法,介绍了该方法的实现原理和步骤,分析了3种主要测量误差对限幅效果的影响,论证了步进快速限幅法在理论上的可行性,最后将步进快速限幅法成功应用于摆式陀螺寻北仪上。设计了相应的限幅试验,利用摆动的平衡位置主动跟踪逆转点,实现了对摆幅的快速精确限制。理论和试验结果均表明:提出的步进快速限幅法保留了传统步进法不需要增加系统硬件的优点,有效克服了采用电磁阻尼法限幅时电磁干扰力矩的问题,保持了限幅的可靠性。基于步进快速限幅方法的摆式陀螺寻北仪能在一个步进周期(约60s)内实现对摆幅的快速精确限制,较传统步进法可以节省2个以上的步进周期,为缩短寻北时间提供了理论支撑和实践依据。

摆式陀螺寻北仪的大偏北角运动特性分析

利用欧拉法建立了摆式陀螺寻北仪的运动方程,并根据摆式陀螺寻北仪的结构特点对运动方程进行部分线性化处理,得到了反映摆式陀螺寻北仪在大偏北角情况下不规则进动规律的二阶非线性微分方程组;根据李雅普诺夫稳定性理论对微分方程进行了定性分析,找出了摆式陀螺寻北仪在大偏北角运动时的平衡位置,分析结果表明,真北方向是摆式陀螺寻北仪唯一稳定的平衡位置。

陀螺寻北仪阻尼步进限幅法

为提高摆式陀螺寻北仪的限幅效率,在步进迭代法的基础上提出了阻尼步进限幅法。首先分析了步进迭代法的两个关键点:步进迭代以及撞边情况的处理;然后详细地叙述了阻尼步进限幅法在撞边情况处理的新方案并给出了新方法的实现算法;最后通过对步进迭代法与阻尼步进限幅法的对比仿真,验证了阻尼步进限幅法的限幅效率比步进迭代法的限幅效率高的结论。阻尼步进限幅法不需要增加已有的陀螺寻北仪的机械结构,只需要对系统的控制程序进行更改即可投入工程使用。

一种新型陀螺经纬仪平稳快速锁放方法

锁放环节是影响摆式陀螺寻北速度及陀螺灵敏部下放后限幅难度的关键环节。为解决现有摆式陀螺寻北仪锁放时间较长且陀螺灵敏部下放后摆幅较大的问题,以一种能够进行匀速运动的锁放装置为例,通过对原有控制电路进行I2C总线扩展,针对锁放过程中各阶段特点合理控制锁放电机转速,实现平稳快速锁放要求。经实验验证,新的锁放控制方法完全可行,锁放时间控制到25s内,下方后摆幅不超过1°30′,具有可行性和实用价值。

陀螺寻北仪大偏北角粗寻北方法

为实现陀螺寻北仪在大偏北角情况下粗寻北,在大偏北角情况下,该文分别对不跟踪和跟踪状态下的陀螺运动特性进行分析后,针对陀螺运动特性,提出不跟踪及跟踪状态下的两种大偏北角的粗寻北方法,并分析了两种粗寻北方法;最后,对跟踪状态下的大偏北角粗寻北方法进行试验验证,分析了方法的有效性及寻北精度不足的原因,并根据分析结果提出设计高精度伺服系统的必要性。

基于周期-摆幅测量的摆式陀螺全方位快速预定向方法

为克服目前国内摆式陀螺寻北仪难以实现全方位寻北的不足,通过对其大偏北角运动规律的分析提出了一种基于周期-摆幅测量的全方位快速预定向方法,通过测量摆动周期和摆幅计算偏北角;分析了转子转速对预定向时间的影响,以及各参数误差对预定向精度的影响,并对提出的方法进行了初步试验验证。理论分析和试验结果均表明,通过降低转子转速可以有效缩短摆动周期,在65 s内实现全方位预定向,精度在5°以内,满足后续寻北过程的精度要求。

陀螺寻北仪粗寻北新方法——角加速度计算法

为了实现摆式陀螺寻北仪的大偏北角粗寻北,文中分析了陀螺灵敏部大偏北角运动方程,在最大速度检测法的基础上提出一种新的粗寻北方法——角加速度计算法。文中首先对仪器设置大偏北角的粗寻北试验,然后使用低通滤波对粗寻北阶段陀螺速度信号进行处理,最后建立跟踪微分器求得角速度的微分信号即角加速度,代入公式求出粗寻北结束时壳体的偏北角,并对角加速度计算法的结果进行精度分析。试验结果表明,角加速度计算法精度为6.03″,精度较好,能够实现大偏北角粗寻北,具有良好的工程实践性。

基于滤波方法提高精寻北阶段的寻北精度

为了解决摆式陀螺寻北仪在复杂环境下寻北精度不高的问题,在分析寻北过程各个阶段信号特点的基础上,将滤波方法引入精寻北阶段的陀螺信号处理中。该文使用最小均方算法(LMS)自适应滤波、滑动均值滤波、低通滤波及中值滤波对精寻北阶段陀螺信号进行处理,然后对滤波效果进行了分析比对,并进行了精度分析。结果表明,滤波处理后的精寻北阶段数据信号较之前更平滑,波动减小,有利于提高寻北结果的准确度,且经计算,滑动均值滤波的处理结果精度更高。使用滤波方法对陀螺信号进行处理,减小了信号的精度损失,提高了寻北结果的精度和可靠度,具有良好的工程实践性。