动力调谐陀螺参数测试平台设计

探索研制新型陀螺测试转台的新技术和新理论1. 引言1.1 背景介绍陀螺仪是一种用来测量和记录旋转运动的仪器，广泛应用于导航、航空航天、地质勘探等领域。

随着科技的进步和需求的不断提升，传统的陀螺测试转台已经不能完全满足对精准度和稳定性的要求。

研制新型陀螺测试转台已成为当前科技领域的热点之一。

在过去的研究中，人们已经提出了一些新型陀螺测试转台的设计方案，并取得了一定的进展。

由于技术和理论上的不足，这些设计方案在实际应用中仍存在一些问题。

我们有必要对新型陀螺测试转台的设计、技术原理和实验验证等方面进行深入探究，以提高陀螺测试转台的性能和稳定性。

本文旨在探索研制新型陀螺测试转台的新技术和新理论，为陀螺仪的精准度和稳定性提供更好的保障。

通过本文的研究，我们希望能够为陀螺测试转台的未来发展指明方向，为相关领域的科研和应用工作提供重要参考。

1.2 研制目的本文研究的新型陀螺测试转台是为了提高陀螺仪的测试效率和准确性。

传统的陀螺测试转台存在一些问题，比如转台结构复杂，转速范围有限，测试数据不够稳定等。

研制新型陀螺测试转台的目的是为了解决这些问题，提高陀螺测试的可靠性和精度。

通过研制新型陀螺测试转台，可以实现更高速度范围的测试，更稳定的测试数据，更快的测试速度。

这样可以大大提高陀螺仪的测试效率，减少测试成本，提高产品质量。

新型陀螺测试转台还可以应用于更多领域，如航天、航空、国防等领域，拓展了陀螺测试台的应用范围。

研制新型陀螺测试转台的目的是为了推动陀螺技术的发展，提高陀螺仪的性能和稳定性，促进相关领域的发展和进步。

通过本次研究，我们希望能够为陀螺测试技术的发展做出贡献，推动相关行业的创新和发展。

1.3 研究意义陀螺是一种重要的导航和姿态控制器件，在现代航天、航空和军事领域有着广泛的应用。

随着科技的不断发展，对陀螺测试装置的要求也越来越高。

研制新型陀螺测试转台的新技术和新理论具有重要的研究意义。

新型陀螺测试转台的研制可以提高陀螺测试装置的精度和稳定性，进一步提升陀螺的性能和可靠性。

陀螺稳定系统参数测试仪设计李俊博;朱涛;邹艳忠【摘要】设计了一种陀螺稳定系统参数测试仪,主要用于对舰载陀螺稳定系统各环节进行参数测试,直观显示参数信息,并可通过网口串口发往其他设备;仪器不仅能多路采集信号,也可采集一些特殊信号如多路接收检测同步机转角信号、旋转变压器转角信号、电平信号、脉冲信号等;仪器检测精度可达2个角分,检测时间由以前的3小时缩短为20～30分钟;经上舰验证,该仪器对于检测设备是否正常,判断精度是否满足技术指标,提高维修检测有很大的帮助作用.%A parameter detector of the top steady system was designed, which is mainly used for parameter detection of each link of the system, and show us every parameter directly and then send it by network or serial port.It can not only get signal from several channels at the same time, but also get some special signal such as angle signal of synchronous machine, angle signal of rotary transformer, level signal and pulse signal, etc.The precision of the detector reached to 2', and the time it takes decreased to 20-30 minutes from 3 hours before.The results from the ship show that it will be a great help for us to detect the instrument, judge the precision and improve the efficiency of repairmentof the top steady system.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2011(019)002【总页数】3页(P481-482,486)【关键词】陀螺稳定系统;参数检测;数据采集【作者】李俊博;朱涛;邹艳忠【作者单位】海军工程大学导航工程系,湖北武汉430033;海军工程大学导航工程系,湖北武汉430033;旅顺保障基地,辽宁大连116023【正文语种】中文【中图分类】TP2160 引言陀螺稳定系统在整个舰载系统中的地位极其重要，它能提供舰艇的方位、建立水平姿态基准，采用模拟量的形式向雷达、火炮等系统发送方位角和水平姿态(纵、横摇角)信息。

一种陀螺稳定平台的设计与实现作者：姚兆李久超朴慧京来源：《科技资讯》2016年第33期摘要：陀螺稳定平台，也称为惯性平台或者陀螺平台，简而言之，就是通过对陀螺仪特性的利用，来保证平台台体方位稳定的一种装置。

陀螺稳定平台主要用于对运动载体姿态进行测量或者对载体上的部分设备起稳定作用，无论航天器、舰船、飞机或者导弹，都离不开对陀螺稳定平台的运用。

该文就在陀螺稳定平台的基础上，研究设计了性价比相对较高的一种陀螺稳定平台，即低空遥感小型三轴陀螺稳定平台，这种平台不仅精度高、稳定性强，而且成本相对较低，非常适用于测绘领域。

关键词：低空遥感三轴陀螺稳定平台设计中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）11（c）-0018-02随着科学技术的不断发展，无人机低空遥感系统不再局限于对影像图制作的实现，也逐步进军摄影测量立体测图专用领域。

因为飞机航拍时难免受到杂散气流和机体自身震动的影响，所以其有效载荷的姿态稳定性会受到影响，甚至出现航拍漏洞等严重问题，但是，如果将小型三轴陀螺稳定平台运用其中，就会显著提高无人机有效载荷的姿态精度，因此，笔者意在设计一种以三轴铝合金为平台的低空遥感小型三轴陀螺稳定平台，以满足小区域大比例尺地形的立体测绘工作需求。

1 国内外相关技术的研究现状阐述1.1 国外相关技术的研究现状针对如何加强无人机有效载荷的稳定性控制，国外目前主要存在两种方式。

第一种是运用独立的稳定平台。

这种方式的优点在于计算相对简单、精度较高，且反应较快，缺点也同样明显，即价格昂贵、结构复杂、体积过大，并且补偿范围相对较小，因此，这种独立的稳定平台只能应用到大型的军用高端无人机，例如美国的捕食者无人机和以色列的侦察兵无人机。

第二种是采用捷联方式。

这种方式与第一种的优缺点恰恰相反，捷联方式的优点在于价格便宜、结构简单、体积较小，且补偿范围相对较大，缺点则是可靠性和精度相对较低，因此，这种方式更适用于小型低空遥感无人机。

摘要针对传统测控教学实验设备模块少，功能单一等的不足，本文设计一种基于动力调谐陀螺仪的教学系统，集系统辨识、桌面仿真、数字滤波与降噪、虚拟仪器等技术于一体，并按照测控系统正向设计流程，对此系统进行了理论分析、硬件设计和实验验证。

首先，结合动调陀螺的机械结构特点和欧拉动力学原理，得到动调陀螺开环简化模型，然后通过系统辨识方法，获取模型参数，并在开环模型参数基础上设计陀螺表头模拟器和教学实验系统，最后设计了电路实验和系统辨识实验，对整个系统进行实验验证，证明设计的合理性。

主要研究内容如下：1.分析了动调陀螺表头的开环模型和模型误差。

对动调陀螺内部复杂的机械结构进行欧拉动力学分析，得到陀螺开环模型；并根据陀螺转子的机械结构特点对系统进行模型误差分析，获取陀螺表头系统辨识的先验知识。

2.提出正交Levy辨识法，对陀螺表头模型参数进行辨识。

根据动调陀螺内部强有色噪声干扰的特点，提出了一种正交Levy辨识法，将正交投影算法和传统Levy辨识法相结合，提高传统Levy法抑制噪声的能力。

并通过正交Levy辨识法获取陀螺表头模型参数，拟合度达90%以上，为模拟表头和再平衡回路的设计提供了依据。

3.搭建动调陀螺模拟表头和动调陀螺测控教学系统，包括模拟表头的设计、积分器的选择、阻尼参数的计算以及再平衡回路中各电路模块的设计。

通过理论计算和桌面仿真的方式，确定设计参数，为实验过程中各个参数的调整提供理论指导。

4.设计动调陀螺测控教学系统的电路实验和系统辨识实验。

电路实验包括陀螺模拟表头实验、再平衡回路实验和闭环系统电路实验，对各个电路模块和整个系统的时域响应特性进行了验证；系统辨识实验包括模拟表头辨识实验和闭环系统辨识实验，主要从频域和模型角度对系统进行实验分析。

关键词：动力调谐陀螺仪；测控系统；教学设备；模型辨识ABSTRACTAiming at the shortages of traditional experiment equipment for measuring and control teaching in simple module and single function, this paper designed a teaching system based on Dynamic Tuning Gyroscope (DTG), which combines system model identification, desktop simulation, digital filter and noise reduction, virtual instrument and some other technology, and according to the design process of measuring and control system, theoretical analysis, hardware design and experiment tests were carried out in this paper. First of all, based on the DTG mechanical structure and Euler dynamics, the DTG simplified open-loop model was derived. Then, the model parameters are obtained through system identification, which was used to design the gyro header simulator and teaching experiment system. Finally, the circuit and system identification experiments were designed to verify the whole system. The main research contents of this paper were as follows:1.This paper analyzed the DTG open-loop model and model error. ThroughEuler dynamics analysis of the complex mechanical structure in DTG, the open-loop model was derived. And based on the mechanical structure characteristics of gyro rotor, the model error was analyzed to obtain the prior knowledge for DTG open-loop model identification.2.The orthogonal levy identification method was proposed to identify DTGopen-loop model. According to the strong colored noise in the DTG, an orthogonal Levy identification method was proposed, which combines the orthogonal projection algorithm and the traditional Levy identification method, whose noise suppression ability was improved, and the identification fitting degree was more than 90%.And the identified model parameters could be used to design gyro header simulator and the rebalance loop.3.Gyro header simulator and teaching experiment system was designed,including header simulator design, integrator selection, damping parameter calculation and the parameter design for each circuit module in the rebalance loop. And through theoretical calculation and desktop simulation, the designparameters are determined, which could guide the parameter adjustment in experiments.4.The circuit and system identification experiments were designed. Circuitexperiments included gyro header simulator experiment, rebalance loop experiment and circuit experiment of closed loop system, which could test the time-domain response characteristics of each circuit and the whole system;System identification experiments included gyro header simulator identification experiment and closed-loop system identification experiments, which were mainly used to analyze its frequency-domain model.KEY WORDS: dynamic tuning gyro; measurement and control system; teaching equipment; model identification目录目录 (IV)第1章绪论 (1)1.1课题背景和意义 (1)1.2国内外发展现状 (3)1.2.1测控教学系统国内外发展现状 (3)1.2.2动力调谐陀螺仪国内外发展现状 (4)1.2.3系统辨识国内外发展现状 (5)1.3主要研究内容 (6)第2章动力调谐陀螺仪机理建模与误差分析 (10)2.1动力调谐陀螺仪开环模型分析 (10)2.1.1动力调谐陀螺仪表头结构组成 (10)2.1.2动力调谐陀螺仪表头动力学分析 (11)2.1.3动力调谐陀螺仪开环模型 (12)2.2动力调谐陀螺仪模型误差分析 (14)2.3本章小结 (16)第3章动力调谐陀螺仪开环模型辨识 (17)3.1频率响应辨识法 (17)3.1.1相关分析法 (18)3.1.2 Levy辨识法 (19)3.2正交Levy辨识法 (21)3.2.1噪声对Levy法的影响 (21)3.2.2正交Levy法 (23)3.3动力调谐陀螺仪开环辨识实验 (25)3.3.1激励信号设计 (25)3.3.2辨识实验 (26)3.4本章小结 (30)第4章动力调谐陀螺仪教学系统参数设计 (31)4.1动力调谐陀螺仪表头模拟器 (31)4.1.1积分项传函电路 (31)4.1.2模拟表头耦合电路 (33)4.1.3模拟表头调制电路 (35)4.2动力调谐陀螺仪再平衡回路 (36)4.2.1动力调谐陀螺仪控制解耦 (36)4.2.2再平衡回路电路设计 (37)4.2.3动力调谐陀螺仪闭环模型简化 (43)4.3系统仿真 (44)4.3.1模拟表头系统仿真 (44)4.3.2闭环系统仿真 (46)4.4本章小结 (47)第5章动力调谐陀螺仪教学系统实验设计 (48)5.1电路实验 (48)5.1.1模拟表头电路实验 (49)5.1.2再平衡回路电路实验 (49)5.1.3闭环电路实验 (51)5.2系统辨识实验验证 (53)5.2.1模拟表头辨识实验 (53)5.2.2闭环系统辨识实验 (54)5.3本章小结 (56)第6章总结与展望 (57)6.1本文内容总结 (57)6.2展望 (57)参考文献 (59)发表论文和参加科研情况说明 (64)致谢 (65)第1章绪论1.1课题背景和意义当今信息社会，是科技迅速发展的时代，现代科技的进步不断促使测控技术实现智能化、数字化、信息化、集成化。