闫光杰[1]2001年在《永磁轴承约束的悬挂式单自由度陀螺罗盘仪运动分析》文中研究说明由悬挂式二自由度陀螺罗盘仪和经纬仪组合而成的陀螺经纬仪，是工程测量领域中用以确定子午线方位的主要仪器。在保证定向精度的前提下，提高定向速度是目前国内外研究的主要目标。但二自由度陀螺罗盘仪运动周期长，定向速度不能显著提高。与其相比，单自由度陀螺罗盘仪运动周期大为缩短，定向速度成倍提高。因此研制单自由度陀螺罗盘仪具有重要的实用价值。 单自由度陀螺罗盘仪的运动是由地球转动和陀螺转子自转相互作用产生的惯性陀螺力矩所引起的。这一力矩极小，只有当摩擦力矩远远小于它时才能实现陀螺罗盘仪的运动。选取合适的轴承成为实现单自由度陀螺罗盘仪的关键。永磁轴承具有无机械摩擦的显著特性，用它可消除轴承摩擦对单自由度陀螺罗盘仪运动的影响。 本文针对永磁轴承约束的悬挂式单自由度陀螺罗盘仪，对其力学模型进行了分析；根据合理的分析建立了其运动的完全动力学微分方程；求出了完全动力学微分方程对应线性化方程的解及对初始条件的响应；对线性化方程的解进行了数值计算，并对其数值结果进行了分析，得出永磁轴承约束的悬挂式单自由度陀螺罗盘仪的运动规律，以及永磁轴承的径向刚度与陀螺罗盘仪运动周期的关系。
姜春福[2]2000年在《悬挂式二自由度陀螺经纬仪运动规律的研究》文中认为悬挂式二自由度陀螺罗盘是陀螺经纬仪的核心部件，正确认识和分析它的运动规律以及外界条件对其运动影响的因素，对陀螺仪的设计和应用来讲，有着重要的理论意义和实际意义。本文以陆用二自由度陀螺罗盘为研究对象，分析了传统上对陀螺房在测量过程中运动规律解释的不足之处，提出了符合质心运动定理的更为合理的解释；通过把整个陀螺房看作刚体，建立了力学模型；其运动可分解为随质心的平动和绕质心的转动，在文中运用复合运动理论分析了地球自转对陀螺仪运动的影响；根据质心运动定理和欧拉动力学方程建立了悬挂式二自由度陀螺罗盘的运动微分方程，并对其在理想状态下的运动规律进行了定性分析和数值计算；通过改变陀螺仪的参数（陀螺房质量、陀螺转子自转角动量、悬挂带与陀螺房的连接点到陀螺房重心的距离、悬挂带长度）对二自由度陀螺仪的测量时间及运动规律作了分析和研究。
李涛[3]2007年在《电磁阻尼在悬挂式二自由度陀螺经纬仪中的应用》文中研究表明悬挂式二自由度陀螺罗盘是陀螺经纬仪的核心部件。缩减陀螺罗盘的寻北时间对陀螺经纬仪整机性能的提高有着重要的实际意义。以往悬挂式陀螺罗盘测量真北的方法,都需要最少一个陀螺转子轴摆动周期的采样时间。本文以二自由度陀螺罗盘为研究对象,尝试了一种在陀螺罗盘中使用同轴电磁阻尼器来缩短寻北时间的实现方法。文中首先运用复合运动理论分析了地球自转对陀螺仪寻北运动的作用,根据质心运动定理和欧拉动力学方程建立了悬挂式二自由度陀螺罗盘的运动微分方程;分析了电磁阻尼器的工作原理,将涡流的复杂计算化解为涡流回路电阻的计算,并用图解法计算出回路电阻,建立起激磁电流与阻尼力矩的关系方程;结合以上两部分的方程,给出加入电磁阻尼后的陀螺仪运动微分方程,运用积分变换的方法求解出该多变量一阶微分方程组的解。根据求得的解析式,由二阶系统振荡理论对影响陀螺仪寻北时间的因素进行了分析,提出控制电磁阻尼使陀螺转子轴直接指向真北,不受陀螺转子摆动周期的限制,从而缩短寻北时间的方法。应用Matlab软件仿真不同电磁阻尼力矩系数下陀螺仪的寻北过程,对比分析测量时间,指出分段改变阻尼系数以获得较短测量时间的方法。并根据实验条件对二分段情况下不同分段时间点的减时效果进行了比较,供陀螺经纬仪的改造应用进行参考。最后搭建了模拟实验系统,并在固定阻尼和分段变阻尼情况下测量系统到达稳态的时间,通过实测数据验证了分段变阻尼控制方法的良好效果,说明该方法应用于陀螺仪缩减其测量时间的可行性。
郭金运, 车成尧[4]1994年在《单自由度陀螺寻北仪的定向原理及其运动规律的研究》文中指出现使用的陀螺经纬仪具有摆动周期长、结构复杂等缺点。为了克服这些缺点，本文提出了单自由度陀螺寻北仪的结构模型，并用分析力学的方法研究了其定向原理，分析了陀螺轴的运动规律，指出发展单自由度陀螺寻北仪的可能性。
郝育新, 雷纪刚, 杨莉[5]2006年在《浅析影响悬挂式陀螺仪悬挂带摆动的因素》文中提出陀螺经纬仪的核心部件是悬挂式二自由度陀螺仪,以悬挂式二自由度陀螺仪为研究对象,建立了力学模型,用质心运动定理和欧拉动力学方程建立了悬挂式陀螺仪的运动控制方程,通过合理的简化、计算得出在陀螺经纬仪寻北的过程中,悬挂式二自由度陀螺仪悬挂带摆动的角度与悬挂带下悬挂点到陀螺房重心的距离成正比,与悬挂带长度成反比。这对进一步由二自由度陀螺仪改造设计单自由度陀螺罗盘仪具有指导意义。
刘思伟, 白云超, 田育民, 马小辉[6]2008年在《一种磁悬浮陀螺寻北仪的研究》文中研究说明现有的陀螺经纬仪采用金属悬丝悬挂陀螺房体,其陀螺房体摆动周期长导致寻北速度慢。本文提出了一种新型的磁悬浮陀螺经纬仪的实现方案,阐述了该陀螺仪寻北的原理以及结构组成实现,建立起了大刚度电磁力约束下陀螺盘的力学模型,推导了陀螺仪主轴位于当地子午线附近时的运动方程及其运动规律;并和传统的悬挂式陀螺经纬仪的性能进行了比较,表明该磁悬浮陀螺仪具有运动周期短的特点,运用它作为寻北手段,可以实现快速精确寻北。
陈河, 张志利, 周召发, 王凯, 马超[7]2013年在《摆式陀螺大偏北角运动特性研究》文中研究指明目前关于摆式陀螺运动规律的研究主要局限于小偏北角领域,不能满足全方位快速寻北技术对其大偏北角运动规律的要求。突破传统方法,首次提出并研究了摆式陀螺大偏北角运动特性,利用欧拉动力学方程建立摆式陀螺大偏北角运动模型并进行合理简化。针对模型的非线性特点,结合李亚普诺夫稳定性理论定性分析了其运动稳定性,得到具有唯一稳定平衡点的条件。与小偏北角时的情况不同,仿真结果表明大偏北角运动时,摆式陀螺的陀螺轴绕其稳定平衡点的周期性摆动不再满足正弦变化规律,摆动周期随摆幅和悬带扭矩而改变。研究结论可为实现摆式陀螺寻北仪全方位快速寻北提供理论依据。
黎明[8]2008年在《陀螺全站仪性能及定向应用研究》文中研究指明本文对陀螺全站仪的性能及应用进行了系统的理论与实验研究。在分析陀螺仪的基本特性及进动规律的基础上,研究了摆式陀螺仪的定向原理,全面归纳了常用定向观测方法。在陀螺方位角测量中,分析了子午线收敛角对坐标方位角计算的具体影响。针对跟踪逆转点法,运用抗差估计理论进行数据处理,通过实测数据运算得出此理论能够有效去除较大粗差影响的结论。对仪器常数的相关问题进行了深入研究。通过分析和对比讨论了仪器常数的实质内含,根据一系列实验数据得出仪器常数并不稳定的结论。逐项分析影响其稳定性的因素,系统的从设计和使用方面提出相应解决措施。从系统误差角度对陀螺全站仪仪器常数进行了研究。对新出厂仪器进行常数检测,验证了改进措施的可行性。将Y/JTG-1陀螺全站仪应用于野外测量。对该型号仪器进行了各方面的相关检验。首次提出采用陀螺全站仪蛙跳法进行阵地快速定向,并与导线法、控制网法进行对比,通过实验论证该方法可行。将该仪器应用于高精度测向天线阵基线方位标定中,定向结果较好的满足了系统提出的要求。通过内符合精度试验验证该仪器可以用于惯性测试间内直角棱镜方位基准的确定。针对目前国内自动化程度较高的阻尼跟踪式陀螺全站仪GT01,介绍其主要性能和技术指标,归纳总结了其主要特点,并详细研究了该类仪器的工作原理,对GT01进行了精度测试,其定向精度完全达到了标称精度的要求。最后,提出将该类仪器应用于拥有自主知识产权的国产火炮定位瞄准系统的研制。
秦长涛[9]2015年在《高精度主动磁浮寻北系统多目标控制与设计》文中研究说明寻北仪是一种自主式的方位指示仪器,它采用惯性原理,工作时不依赖外界信息,能在全天候的条件下快速精确的测定真北方向,在国防领域和民用领域有着广泛的应用。寻北仪的寻北精度很大程度上取决于其采用的陀螺精度。针对单自由度陀螺罗盘寻北系统具有结构简单、寻北快速等特点,但又存在支撑摩擦或悬挂力矩难以消除问题,本文研究并开发一种高精度磁浮寻北仪,即采用主动磁浮支撑系统将单自由度陀螺框架无接触的悬浮起来,彻底消除了支撑系的摩擦与力矩干扰,以获得得到更高的寻北精度,同时提高定向速度。在单自由度陀螺罗盘寻北系统中应用主动磁浮控制技术,属于国内首创,国际上尚未见到相关研究报告。同时,由于主动磁浮系统是一个强非线性,分布参数对象,系统模型难以精确建立,控制器设计又要求满足多种性能指标约束,本文采用参数依赖Lyapunov稳定理论及线性矩阵不等式方法,研究了不确定系统多目标优化理论与多约束下的控制器的设计与优化问题,并在磁浮控制系统中得到了应用验证。本文的主要研究工作如下:首先,在寻北系统研究方面,研究磁浮寻北仪的寻北原理与各种寻北方案,从寻北精度、寻北快速性、可行性、易实现性等多个方面加以考虑,研究并论证了高精度磁浮寻北仪采用单自由度陀螺罗盘寻北方案是实现高精度快速寻北的理想方案,并依此设计了高精度磁浮寻北仪的机械机构。对理想情况下的单自由度陀螺罗盘的运动规律进行研究,继而给出了误差分析结果。考虑到磁浮轴承是一种弹性约束,陀螺罗盘的实际运动会与理想情况下的有所不同。文中给出了电磁轴承约束的单自由度陀螺罗盘寻北仪的结构模型,研究陀螺框架轴在弹性约束下偏离铅垂方向对寻北精度及定向时间的影响。其次,在磁浮控制建模方面,分析了磁浮寻北系统的总体机械机构与磁浮系统的基本原理,详细研究了磁浮轴承的径向结构设计与轴向结构设计,对磁浮轴承进行了详细的数学建模,包括单自由度模型与五自由度模型。再次,在磁浮控制理论的研究方面,主要进行了两个方面的研究,一是研究了在参数依赖Lyapunov稳定条件及性能准则条件下的混合H2/H∞状态反馈控制问题;二是研究了存在的参数不确定系统的鲁棒稳定、抗干扰性能以及能量消耗等多目标约束下的控制器的设计与优化问题,包括鲁棒保性能最优输出反馈控制器的设计、四自由度磁浮系统H∞输出反馈控制器的设计以及基于动态补偿器的多目标鲁棒控制器设计。并给出了相应的算例与仿真结果。最后,在磁浮控制系统实现方面,完成了控制系统总体方案的设计,开发了磁浮寻北仪原理样机的控制柜,设计完成了位移传感器的测量与转换电路、DSP数字控制器、功率放大电路、人机接口电路等关键子系统,进行了五自由度磁浮系统调试与分析。实验和调试结果表明所设计的控制系统满足磁浮控制的要求,设计的控制算法可以实现单自由度陀螺框架稳定悬浮。
高茂林[10]2006年在《陀螺寻北装置研究》文中进行了进一步梳理寻北是从人类有地理方位信息需求开始的,在漫长的发展过程中,经历了粗略定位到现在的精确寻北的探索过程。在这个过程中虽然寻北的精度不断提高,但是必需借助外部信息才能获取北向信息。惯性技术的出现为研制自主、精密的寻北设备开辟了一条新的途径。 本文所研究的寻北装置主要以陀螺为敏感设备,从目前国内外研究的情况看,陀螺寻北装置主要集中在陀螺罗经、陀螺经纬仪、陀螺寻北仪三种装置,本文通过分析这三种陀螺寻北装置的基本原理,总结了这三种装置的异同点。重点是陀螺寻北仪的研究,包括寻北方案和误差分析,通过陀螺寻北仪寻北方案的研究发现合理的寻北方案的选择能起到消除寻北误差的作用。但是,一些特定的误差还是要通过建立误差模型才能进行合理的补偿。文章就陀螺本身产生的误差进行了分析,找出了刻度因数误差、陀螺漂移对寻北仪寻北结果的影响,对于陀螺趋势项引起的寻北误差,针对不同的寻北方案也提出了消除的方法;还分析了地球纬度误差、两个姿态角的测量误差对寻北误差的影响情况;分别得出其误差模型,并在此基础上给特定的数据分别在姿态角不同的情况下进行直观的曲线仿真。通过曲线即可直观的发现各个量对寻北结果的影响情况,为寻北仪的误差补偿提供了理论依据。在寻北方案的研究中,转位误差是一个不可忽视的部分,文中以二位置为例分析了转位误差引起的寻北误差和转位误差的关系,并提出了测量和补偿方法。
参考文献：
[1]. 永磁轴承约束的悬挂式单自由度陀螺罗盘仪运动分析[D]. 闫光杰. 北京工业大学. 2001
[2]. 悬挂式二自由度陀螺经纬仪运动规律的研究[D]. 姜春福. 北京工业大学. 2000
[3]. 电磁阻尼在悬挂式二自由度陀螺经纬仪中的应用[D]. 李涛. 西安理工大学. 2007
[4]. 单自由度陀螺寻北仪的定向原理及其运动规律的研究[J]. 郭金运, 车成尧. 矿山测量. 1994
[5]. 浅析影响悬挂式陀螺仪悬挂带摆动的因素[J]. 郝育新, 雷纪刚, 杨莉. 北京机械工业学院学报. 2006
[6]. 一种磁悬浮陀螺寻北仪的研究[J]. 刘思伟, 白云超, 田育民, 马小辉. 测绘技术装备. 2008
[7]. 摆式陀螺大偏北角运动特性研究[J]. 陈河, 张志利, 周召发, 王凯, 马超. 电光与控制. 2013
[8]. 陀螺全站仪性能及定向应用研究[D]. 黎明. 解放军信息工程大学. 2008
[9]. 高精度主动磁浮寻北系统多目标控制与设计[D]. 秦长涛. 哈尔滨工业大学. 2015
[10]. 陀螺寻北装置研究[D]. 高茂林. 西北工业大学. 2006
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