[发明专利]一种两轴一体陀螺加速度计及伺服控制方法

权利要求书

1.一种两轴一体的陀螺加速度计，其特征在于：包括：表头、伺服控制回路、输出装置及壳体；表头部分，包括偏心质量的陀螺转子，在没有外界扰动的状态下，偏心质量的陀螺转子高速转动，稳定在零位状态；伺服控制回路，在陀螺加速度计所安装的载体发生运动时，偏心质量的陀螺转子在偏离零位状态，通过实时测量偏离零位状态的角度，实时确定回转力矩，在回转力矩作用下，使偏心质量的陀螺转子回复零位状态；输出装置，能够实时采集回转力矩，并根据回转力矩与螺加速度计所安装的载体发生运动产生的加速度的关系，确定运动产生的加速度；表头、伺服控制回路和输出装置位于壳体内；

附加偏心质量的陀螺转子、台体、台体轴、框架、框架轴；附加偏心质量的陀螺转子安装在台体上，台体通过台体轴与框架相连,台体轴能够转动的安装在框架上，台体轴的一端装有角度传感器、另一端装有力矩电机，框架轴的一端装有角度传感器、另一端装有力矩电机，框架通过框架轴与壳体相连；

伺服回路，包括：台体轴上安装的角度传感器、放大器和力矩电机；框架轴上安装的角度传感器、放大器和力矩电机；台体轴上的角度传感器测量得到的台体轴转角经放大器产生电流值作用到框架轴上的力矩电机，框架轴上的角度传感器测量得到的框架轴转角经放大器产生电流值作用到台体轴上的力矩电机；

输出装置，采集作用到台体轴上的和框架轴上的力矩电机的电流值，将该电流值输出；

伺服回路工作过程为：

建立三维正交坐标系o-xyz，附加偏心质量的陀螺转子的中心作为原点o，oz方向为偏心质量的陀螺转子的角动量方向,并且偏心质量的陀螺转子中心指向质心的方向与角动量方向相同,oy方向沿台体轴方向；右手定则确定ox方向；附加偏心质量的陀螺转子沿oz方向的质量偏心为m，偏心距离即质心偏离附加偏心质量的陀螺转子中心的距离为l；

建立三维正交坐标系O-X₁Y₁Z₁，原点位置与坐标系o-xyz原点位置相同，即附加偏心质量的陀螺转子的中心，OX₁方向沿框架轴方向，OY₁方向沿台体轴方向，右手定则确定OZ₁方向；

沿OX₁轴有一个正向的加速度a_x时，则在OY₁轴的负向产生一个惯性力矩mla_x，根据偏心质量的陀螺转子的进动特性，该惯性力矩会在OX₁轴产生一个进动角速度通过框架轴上的角度传感器检测角度α，并确定放大器比例系数k_t对应的驱动电流I_y，作用到OY₁轴负向的电机，产生的电机力矩M_Dy＝k_tI_y用来平衡mla_x；在平衡状态下，有I_y＝mla_x/k_t；

沿OY₁轴有一个正向的加速度a_y时，则在OX₁轴的正向产生一个惯性力矩mla_y，根据偏心质量的陀螺转子的进动特性，该惯性力矩会在OY₁轴产生一个进动角速度通过台体轴上的角度传感器检测角度β，并确定放大器比例系数k′_t对应的驱动电流I_x作用到OX₁轴负向的电机，产生的电机力矩M_Dx＝k′_tI_x用来平衡mla_y；在平衡状态下，有I_x＝mla_y/k′_t；

输出装置工作过程为：根据电流值I_y、I_x或力矩值M_Dy、M_Dx，分别计算出O-X₁Y₁Z₁坐标系下沿OX₁轴和OY₁轴的视加速度值a_x＝k_tI_y/ml＝M_Dy/ml和a_y＝I_xk′_t/ml＝M_Dx/ml。