第一章 第一节指北原理.ppt

当电磁控制式罗经主轴指北端偏离子午面某一方位角α时，因水平面在空间的转动，主轴指北端将向上或向下偏离水平面。当主轴指北端自水平面土升或下降一高度角θ时，电磁摆也倾斜相同的高度角θ，它将产生并输出与高度角θ成正比的摆信号，经方位放大器和倾斜放大器放大后分别输至水平力矩器及垂直力矩器。水平力矩器将产生与高度角θ成比例地作用于水平轴向的控制力矩KYθ:与此同时，垂直力矩器将产生与高度角α成比例地作用于垂直轴的阻尼力矩KZθ: KY与Kz分别称为施加于水平轴向和垂直轴向的力矩电控系数，KYθ将使主轴具有找北性能，而Kzθ将使主轴的摆动得到衰减 在北纬φ处静止基座上稳定时主轴指北端自水平面上升θr角，并自子午面偏东αr角，对参数KY与KZ已经确定的罗经而言，主轴指北端在方位角上的稳定位置αr仅与纬度φ有关，故称为纬度误差，用符号αrφ表示。 其一，其结构参数的选择不受舒勒条件的限制，并可根据需要予以改变.启动时，增大施加于水平轴和垂直轴的力矩电控系数Ky与Kz之值，即减小阻尼周期TD之值，使电磁控制式罗经工作于强阻尼状态，用以缩短其稳定时间.待主轴接近其稳定位置时，再将Ky和Kz值恢复至正常工作的数值，使电磁控制式罗经工作于弱阻尼状态，用以提高罗经的指向精度。其四，在消除ω2的影响、补偿和消减有害力矩的干扰等均可用电路实现，这将有利于简化罗经的机械结构和提高指向精度。 * 小结 罗经种类 陀螺仪 控制设备 阻尼设备 下重式 动量矩指北 重心下移 液体阻尼器 液体连通器式 动量矩指南 液体连通器 西侧重物 电磁式 动量矩指北 电磁摆力矩器 * 主轴1又能够绕与主轴相互垂直的水平轴2和垂直轴3旋转，当转子与内环绕水平轴旋转时，主轴将在高度方向发生改变。当转子内环及外环绕垂直轴旋转时，主轴将在方位方向发生改变。 因转子可绕三个轴旋转，它具有三个自由度，故称为三自由度陀螺仪。借助于这样的悬挂装置，陀螺仪主轴可指示空间任意方向。 实用的陀螺仪，其转子、内环及外环无论几何形体或质量都相对主轴、水平轴以及垂直轴是对称的，使得三个转轴的交点与转子中心重合，该点称为陀螺仪的几何中心。重心与几何中心重合的陀螺仪称为平衡陀螺仪。不受任何外力矩作用的平衡陀螺仪称为自由陀螺仪: 由于主轴动量矩的大小与转子的转动惯量及角速度成正比，实际中通过提高转子的转动角速度来获得较大的动量矩。主轴动量矩的正向与转子旋转角速度方向相同，满足右手定则;考虑到动量矩矢量具有方向性，在后面叙述中可以用主轴动量矩矢量表示主轴的指向。 确定在外力作用下产生外力矩的方向法—右手法则:如图9-3所示，伸开右手，掌心正对着支点0，四指沿着力的方向触到力的作用点上，伸开大拇指，则大拇指所指的方向便是外力矩M的矢量方向。图中，力F平行于oz轴作用于ox-轴上，外力矩My作用于OY轴正向 自由陀螺仪主轴初始水平指空间某一方向;现将基座倾斜，则出现主轴仍指原来方向不变的现象;如果将基座旋转，主轴仍然水平地指示原来的方向，没发生任何变化:这说明，当一个陀螺仪不受任何力矩作用时，它的主轴将保持其空间初始指向不变。这个特性称为陀螺仪的定轴性。 若在陀螺仪主轴正端由上至下作用一个外力F，如图9-4所示，根据上述右手法则，产生的力矩应作用于OY轴正向，以My表示。此时，陀螺仪受外力矩MY作用，转子动量矩H矢量端点(矢端)将向My矢量方向绕着oz轴转动，我们称这种运动是以捷径向外力矩My进动，这就是陀螺仪的进动特性 陀螺仪的进动公式。它的物理意义是很明显的。一个陀螺仪，当H为常数时，在外力矩M作用下，表现出陀螺仪的进动特点，显然M越大，进动越快:当M--o时，表现出陀螺仪的定轴性。若M为常数时，且仅是很小的常值干扰力矩，则陀螺仪的H越大，进动角速度越小，表明主轴越不易改变空间指向，即主轴容易稳定。 应当明确，陀螺仪主轴运动与静止是相对宇宙空间而言的: 陀螺仪主轴的指向是相对宇宙空间和地球的。为研究宇宙空间、地球和陀螺仪间的运动，就应建立三个坐标系:空间坐标系、地理坐标系和陀螺坐标.系: 空间坐标系Oξηζ:是相对惯性空间固定不动的坐标系，它代表宇宙空间，坐标系原点0取在地球表面某一点。陀螺仪的运动是相对宇宙空间的绝对运动。 地理坐标系ONWZ:是随船运动的地理坐标系，实际上代表地球自转与船舶运动在内的牵连运动体。地理坐标系定义如下:0点(原点)选在地球表面，与陀螺仪的中心相重合，如图9-6在0点子午面与水平面相交，得到南北线SN，取朝北极方向为指北轴ON;在水平面内作南北线的垂线，也是该处纬度圈的切线，得到东西线EW，选朝正西向为正西轴OW;过0点选铅垂线OZo垂直水平面指向天顶，OZo轴实际是过O点的地球半径向天顶的延长线:这样就构成了一个代表地球的右手直角坐标，该坐标