[发明专利]一种常值加速度引起的陀螺加速度计输出测定方法

说明书

本发明提供了一种常值加速度引起的陀螺加速度计输出测定方法，根据常值输入加速度a_x、Y₀轴和Z₀轴的横向加速度以及不垂直角度β的大小，采用不同的输出模型，计算出陀螺加速度计的真实输出，输出值不仅包括输入轴加速度的相关项，还包括由于常值横向加速度作用时引入的误差项。相比现有的只考虑输入加速度作用时的线性输出计算方法，本发明的陀螺加速度计测定方法还考虑了横向加速度作用时引入的误差项，更准确、更全面、适用性更广。

技术领域

本发明属于高精度视加速度测量技术领域，涉及一种惯性稳定平台用的加速度计导航解算，特别涉及一种常值加速度引起的陀螺加速度计输出测定方法。

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。

摆式积分陀螺加速度计(PIGA)是一种利用陀螺力矩进行反馈的摆式加速度计，其工作原理见图1。图中，OX₀Y₀Z₀为与外框架相固连的坐标系，OX₀为输入轴；Oxyz为莱差坐标系，Oz轴与转子轴重合；分别为外框架相对仪表基座(摆式积分陀螺加速度计的壳体)和内框架相对外框架的角速度； a_x为仪表沿外框架轴输入的视加速度；ml为仪表沿内框架轴的摆性；H为仪表转子的角动量；M_x为绕外框架轴的各种干扰力矩之和；M_D为电机力矩。图中还包括：1—角度传感器，2—放大器，3—力矩电机，4—输出装置。

由图1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，有内、外框架。内框架轴的一端装有角度传感器，外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，其质心离内框架轴的距离为l，因而绕内框架轴形成摆性ml。

当仪表沿外框架轴OX₀方向有视加速度a_x时，在内框架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，即沿内、外框架轴没有任何干扰力矩的情况下，按陀螺进动原理，转子将带动内、外框架一起绕OX₀轴进动，其进动角速度为由于进动的结果，内框架轴上产生陀螺反作用力矩在稳态条件下，惯性力矩mla_x将精确地被陀螺力矩所平衡，因此有 mla_x，或者在零初始条件下，有理想的输出值：

为了保证H与外框架轴OX₀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_x的影响，内框架角度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_x。可以看出，伺服回路的传感器为内框架角度传感器，测量值为β。虽然伺服回路可使角度传感器的测量值β保持为零，但当该角度传感器的机械零位存在偏差时，并不能保证转子轴Oz与外框架轴OX₀相互垂直，为此，统一把这种不垂直角度用β表示。此时，陀螺加速度计的输出方程为：

式2中，为Y₀轴和Z₀轴的常值横向加速度；OX₀Y₀Z₀为与陀螺加速度计基座固联的坐标系。

上式2为一个超越方程，需要通过简化才能给出一些局部的定性分析表达式。比如，在《惯性器件(下)》中第197页给出在条件下的加速度计进动一圈所需时间T的表达式为：

但上述方程有以下几个问题：

(1)当a_x＝0时，会趋于无穷大；