转动刚体角动量的复杂关系——兼谈不同参考系选择的意义

一道貌似简单的刚性陀螺运动题,牵扯出大学物理教学中一个被忽略的问题——刚体同时绕相互垂直的轴旋转时角动量的计算.本文从一道题目的解答入手,阐述刚体(陀螺)旋转的角动量复杂关系,推导出简易、约束陀螺的正确角动量变换关系.同时讨论选择惯性参考系与非惯性参考系时对问题求解有不同难度的问题.

陀螺减震工具的机理研究与试验验证

随着我国经济的飞速发展,石油工业在国民经济发展过程中占据地位越来越重要,钻井质量会直接影响石油的出油效率,一口满足要求的好井,为后续石油开采奠定了良好的基础,大大提高石油出油效率,降低后续石油开采工作的困难程度和采油成本。陀螺减震工具作为新型钻井用提速工具,目前没有文献阐明陀螺参数对减震效果的影响。利用动态仿真软件对钻具进行动力学分析,之后构建陀螺减震效果试验装置来实际验证陀螺参数对减震效果的影响。将理论分析、动态仿真模拟分析、现场实验三者相互结合,验证当陀螺减震工具受到脉冲力矩时可以有效的降低震动振幅,将高频大幅度的震动降低为低频率小幅度的震动,减小外力对钻井效果的影响,随着陀螺转速的增加,陀螺减震工具达到稳定的时间越快。实验结果提供了陀螺仪应用于陀螺减震钻具的可行性及可靠性,这对目前石油钻井领域存在的技术难题具有重要的现实指导意义。

改进块匹配宏块的快速传感器电子稳像方法

提出了一种改进块匹配宏块分布排列的快速传感器电子稳像算法,通过陀螺传感器测量摄像系统的抖动,利用小范围快速块匹配算法估计局部运动矢量,再运用最小二乘法解算全局运动矢量.小范围快速块匹配算法得到的局部运动矢量准确度高,仅需部分局部运动矢量即可准确解算出全局运动矢量.基于此在保证运动矢量准确度情况下,对块匹配宏块的分布排列进行了改进,从而减少匹配宏块数量加快算法速度.通过对宏块网格模型的分析,得出对小范围快速块匹配算法进行宏块分布改进的方案,进而设计出快速传感器电子稳像算法.仿真及实验表明:运算时间提高89%左右,且算法准确度略高于改进前算法.

转子动力学的非线性数值求解

将Euler(欧拉)角表示引入转子动力学系统,用以描述转子的非线性旋转运动,并与时间有限元相结合,进而提出了包含非线性因素的转子动力学保辛数值求解方法.以此方法为基础,分析了悬臂梁-圆盘转子系统的涡动行为.数值结果证明该数值解法的有效性与正确性,可用于各种转子系统涡动行为分析.

某型电控罗经主轴运动模型及其仿真平台的建立

某型电控罗经作为当前主要的一种提供真北基准的指向仪器,建立其多误差条件下的主轴运动模型及其仿真平台,对其进一步研究具有重要的实际意义。本文根据其工作原理,首先针对性分析速度误差、纬度误差和惯性误差的影响,建立了电控罗经陀螺仪主轴直航向等速运动数学模型;进而利用SIMULINK工具建立其仿真模型,并通过比较仿真数据与实装观测结果,验证了模型建立的合理性和准确性。

Penning阱中离子运动的分析

根据Penning离子阱结构及电磁场分布特点,列出阱内离子运动方程并进行求解,对其中沿z轴运动和在xy平面上的运动进行详细分析,最后得到比荷为m/q的离子在Penning阱内的运动为沿磁场方向的简谐振动、绕磁感线旋转的回旋运动和垂直于z轴及径向绕z轴的漂移运动的叠加.

基于扫描反射镜的航空相机前向像移补偿

航空相机航向方向的像移包括飞机前向飞行引起的前向像移以及飞机姿态(俯仰/偏航)在航向方向的分量。本文以某摆扫型航空相机为例,分析了利用扫描反射镜进行前向方向像移补偿的原理,扫描反射镜以二分之一的前向方向像移角速度的速度旋转即可补偿前向像移。文中探讨了两种控制方案,第一种方案将陀螺直接安装在反射镜上,结构设计简单,但控制电路较复杂,且需增加一个陀螺;第二种方案提出利用机械系统增加2:1速比的方法,可以节省成本,且不增加控制系统的难度。经过实际工程实践证明,第二种方案简单实用,可以满足相机补偿要求。

圆锥运动及其影响的3种描述方法

从旋转矢量方法、欧拉角方法及刚体有限转动方法出发对圆锥运动及其影响进行了阐述,得到了各方法下的等效陀螺漂移公式以及三者之间的关系;并对圆锥补偿算法在每种方法下的补偿效果进行了研究.结果表明:刚体有限转动方法与旋转矢量方法是完全等价的,欧拉角方法仅在小角度振动情况下与它们等价;圆锥补偿算法在旋转矢量方法和欧拉角方法下均有效,并在振动角较小时补偿效果一致.旋转矢量方法和刚体有限转动方法重点在于圆锥补偿算法的开发,而欧拉角方法重点则在于指导圆锥运动转台实验设计以验证圆锥补偿算法.

机抖激光陀螺的伪圆锥运动研究

对于机抖激光陀螺捷联惯导系统,激光陀螺的机械抖动偏频引入伪圆锥运动。本文推导了伪圆锥运动情况下等效旋转矢量的误差表达式。分析了伪圆锥误差的起因、影响因素。研究了圆锥补偿算法在伪圆锥运动中的适用性。从最小化姿态计算误差的角度,提出了机械抖动频率的设计准则,并设计数字滤波器去除抖动信号噪声。分析结果表明:合理设置抖动频率,再结合数字滤波器可以有效提高的姿态计算精度。

基于小波变换和陀螺的高旋弹角运动测量技术

为解决陀螺测量高旋弹角运动参数的问题,在对高旋弹的运动特性进行分析研究的基础上,建立陀螺测量角运动参数的数学模型,提出基于小波变换和陀螺的高旋弹角运动参数测量方法。先对基于俯仰轴安装的陀螺测量数据进行小波滤波,得到近似正弦曲线的耦合角运动曲线,再利用正弦曲线过零点和极值点计算弹体俯仰角速度、滚转角速度及滚转角。实验证明,所提方法能有效测量高旋弹的俯仰角速度、滚转角速度和滚转角,测量结果精度较高。

激光陀螺捷联惯导系统中整周期采样的修正研究

在圆锥运动环境下,若抖动偏频激光陀螺采用整周期采样抖动解调方式,将会引起严重的捷联惯导姿态算法漂移误差。提出了在整周期采样电路上进行少许改动,就能作出有效改进的方法,并详细推导了线性外推修正的算法公式。仿真结果表明,当姿态更新采用等效旋转矢量二子样算法时,利用线性+抛物线外推修正的效果非常显著,它能有效抑制整周期采样造成的姿态算法漂移误差,达到与理想采样的漂移误差非常接近的程度。研究结果有利于拓展整周期采样的应用范围。

抖动偏频激光陀螺整周期采样对捷联惯导姿态解算的影响

抖动偏频激光捷联惯导系统中,三个激光陀螺之间机械抖动频率一般互不相同.当陀螺输出采用整周期锁存方式时,导航计算机定时采样系统采集到的三个陀螺信号,隐含着陀螺输出的不同步,在捷联惯导解算中将产生姿态解算的不可交换误差,在圆锥运动环境下误差更加严重.介绍了整周期采样时陀螺输出的不同步现象,在圆锥运动条件下对不同步问题进行仿真,仿真结果表明不同步是引起姿态解算误差的主要因素,不同步误差远远超过同步采样条件下的姿态解算误差,因此在捷联惯导系统角运动剧烈时应当予以重视.

基于运动误差标准的陀螺马达回转精度评价

本文引入国际标准ISO 230-7:2015中运动误差(Error Motion)的概念来评价气浮动压陀螺马达的回转精度.基于三点法误差分离技术建立了动压马达回转精度测试系统,得到了动压马达的圆度误差、安装偏心误差和轴心运动误差;提出了基于三点法测量马达转子径向离心和热变形的方法;通过仿真和实验验证了分离结果的准确性.为在生产中如何定量评价陀螺马达的回转性能进行了有益的探索.

振动条件下激光陀螺捷联惯导系统的圆锥算法研究

分析了振动条件下导弹捷联惯导系统(SINS)圆锥运动形成的原因,研究了经典圆锥运动补偿算法及其估计算法漂移的局限性。针对经典算法存在的局限性以及导弹等武器系统所处振动环境的特点,对标准圆锥补偿算法进行了优化。提出了振动条件下,在保证不影响导航计算机正常工作的前提下,圆锥运动补偿时有效利用前一周期姿态值的优化算法是有必要的。仿真和试验结果表明,在振动条件下,在进行圆锥运动补偿时应当采用标准优化圆锥运动补偿算法。

动中通伺服系统的设计

介绍了动中通的特点及各种可能的实现方法 。

ARM在转台弹载机构测试技术中的应用

高速旋转弹丸角运动的陀螺模拟测试是弹载机构物理仿真系统的关键技术之一。该文在建立弹载机构角运动模拟装置的基础上,摒弃了传统的碳刷机构测试方法,提出了一种基于ARM处理器嵌入式系统的弹载机构运动测试新方法。ARM处理器具有强抗干扰能力、存储量大、速度快和集成度高等优点。该测试系统能直接将动作参数高速存储,并较好地解决陀螺模拟试验装置中弹载机构受外界环境影响较大的问题。在高速条件下,正确地测出弹载机构的动作参数,为正确模拟和测试高速旋转弹丸角运动奠定了基础。

动态陀螺传感器在光电跟踪设备视轴稳定系统设计中的应用

姿态测量系统的精度是影响动基座光电跟踪设备的视轴稳定度的主要因素,介绍了SMC-108动态陀螺传感器的工作原理和使用方法,以及基于该动态陀螺传感器测量姿态的光电跟踪系统设备视轴稳定系统的设计与试验。

一种改进的激光捷联旋转矢量姿态算法(英文)

激光陀螺最适合于构成捷联惯性导航系统 ,是当前捷联惯性导航系统的重要应用研究方向 ,其航姿算法精度对激光捷联惯性导航系统的精度影响很大。本文应用激光陀螺当前迭代周期内及前两个迭代周期内的角增量输出 ,并根据在一个迭代周期内对陀螺仪采样的次数 ,提出了三种新的航姿算法表达式 ,并分析了此算法在典型圆锥运动输入下的漂移误差。仿真结果表明与传统的旋转矢量法比较 ,该新算法具有较高的精度 ,为改进旋转矢量算法提供了一种新的思路。

基于三轴稳定平台陀螺解耦方法

为了减小像移,机载成像设备经常采用三轴陀螺稳定平台隔离或消除飞机姿态变化对成像的影响。但由于三轴稳定平台的结构,使得平台在运动过程中轴间不能始终保持相互正交,这就使陀螺输出产生耦合,会使成像系统产生耦合像移,影响成像质量。本文介绍耦合产生的原因,分析产生耦合的原理,根据对原理的分析结论给出一种解耦方法,描述了解耦方案的硬件和软件设计方案。经过实际的成像实验证明,该方法有效地消除了稳定平台陀螺间耦合作用,保证了机载成像系统的稳定精度,较好地消除了飞机姿态变化产生的像移,方法正确可行。

海洋工程模型运动测量装置的研制

本文介绍由磁通门数字罗盘和改进的航空垂直陀螺仪构成的海洋工程模型运动测量装置。装置简单实用，性能稳定可靠，试用表明它能满足海洋工程模型在风浪流作用下有关运动的测量要求。