[发明专利]一种两轴一体陀螺加速度计及伺服控制方法

说明书

本发明公开了一种两轴一体陀螺加速度计及伺服控制方法，陀螺加速度计由表头部分、伺服回路部分、输出部分和壳体组成。表头部分包括偏心质量的陀螺转子、台体、台体轴、框架和框架轴，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。伺服回路部分包括台体轴角度经放大器作用到框架力矩电机的一条回路，以及框架轴角度传感器经放大器作用到台体力矩电机的另一条回路。输出部分包括作用到两个电机的电流值，该电流值通过采集给弹上计算机。采用本发明实现了一个加速度计测量两个方向的视加速度。

技术领域

本发明涉及一种两轴陀螺加速度计及伺服控制方法，尤其涉及一种惯性稳定平台用的加速度计，属于用于高精度视加速度测量的航空、航天领域。

背景技术

在高精度惯性稳定平台中，目前主要采用石英挠性加速度计和摆式积分陀螺加速度计，二者都为单自由度加速度计，每个加速度计都是敏感一个方向的视加速度。

以摆式积分陀螺加速度计(PIGA)为例，是一种利用陀螺力矩进行反馈的摆式加速度计，其工作原理见下图。图中，OX₁Y₁Z₁为与框架相固连的坐标系，OX₁为输入轴；Oxyz为莱差坐标系，Oz轴与转子轴重合；分别为框架相对仪表基座和台体相对框架的角速度；a_x1为仪表沿框架轴输入的视加速度；ml为仪表沿台体轴的摆性；H为仪表的角动量；M_x1为绕框架轴的各种干扰力矩之和；M_D为电机力矩。图1中包括：1——角度传感器，2——放大器，3——力矩电机，4——输出装置。

由图可知，这种陀螺加速度计在结构上与二自由度陀螺仪类似：有高速旋转的陀螺转子，有台体、框架。台体轴的一端装有角度传感器，框架轴的上下端分别装有输出装置和力矩电机。沿转子轴OZ有一偏心质量m，其质心离台体轴的距离为l，因而绕台体轴形成摆性ml。

当仪表沿框架轴OX₁方向有视加速度a_x时，在台体轴上产生与该视加速度成正比的惯性力矩mla_x。在理想情况下，即沿台体轴、框架轴没有任何干扰力矩的情况下，按陀螺进动原理，转子将带动台体、框架一起绕OX₁轴进动，其进动角速度为由于进动的结果，台体轴上产生陀螺反作用力矩在稳态条件下，惯性力矩mla_x1将精确地被陀螺力矩所平衡，因此有或者在零初始条件下，有输出值如下，图2所示。

同时，为了保证H与框架轴OX₁的垂直，陀螺加速度计还增加了一个伺服回路，当受到干扰力矩M_x1的影响，台体角度β不为0时，角度传感器就会输出相应的电压信号，经过放大和变换后，馈向力矩电机，使其产生一个电机力矩M_Dx以抵消M_x1。

从以上工作过程可以看出，基于上述工作原理的陀螺加速度计为单轴加速度计，敏感的是OX₁方向的视加速度a_x，输出值为OX₁方向的角度值α。在系统应用时，惯性稳定平台系统至少需要3个该型陀螺加速度计来敏感弹体相对惯性空间的视加速度。

另外，采用上述方案时，仪表输出还存在多种由干扰力矩引起的误差。

首先，仪表的动力学方程为

式中，J_x、J_y分别为框架和台体的转动惯量；C_x、C_y分别为框架和台体的阻尼系数；M_x、M_y分别为框架和框架的干扰力矩；φ_X1、φ_Y1分别为基座绕框架轴和框架轴的转动角度。