原译文-摆式陀螺寻北仪的振误差

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1、摆式陀螺寻北仪振动误差分析(1982.4.15．德文资料口述译文整理)通过调节摆的自振频率可以消除因汽车振动的干扰，但是在精度要求为Sá3²时，特别是建筑基础和工业交通引起的随机振动的干扰与陀螺摆动相重叠将使振动加大。当外界干扰正好在自振频率之内时最为危险。目前的陀螺寻北仪无附加阻尼器，因此在振动振幅接近1mm时寻北误差将会超过允许值。在研制MW77和GYROMAT时曾经用两台仪器（有阻尼和无阻尼的）在振动台上进行模拟试验。所得结果表明了仪器对基面振动的敏感程度。ZXYH2摆式陀螺寻北仪的振动形式在外界干扰下，摆式陀螺寻北仪有7种不同的振动形式:a

2、.a方位进动;b.章动;c.b，H轴在X-Z南北平面内的俯仰角摆动;d.d，陀螺房在南北平面X-Z内的平移摆动;e.g，陀螺房在东西平面Y-Z内的平移摆动;6f.反向摆动即在南北平面X-Z内的(PXZ);g.反向摆动即在东西平面Y-Z内的(gPYZ)。由于转子的陀螺力矩的作用，b及反b摆动一直受到抑制，因此与此有关的振动干扰误差只在校准时才考虑(即在转子不转时的零位测定时才考虑)。对外界干扰最为敏感的是PYZ即g和反向g振动.图1为各种振动形式的说明.为了说明图3,4中的影响,需要从它们的作用机理进行分析.在X-Y方向上的加速度,同时在Z轴上将产生

3、力矩？？如图2.第一个方程可得到一个力矩,第二个方程也可得到一个力矩,外部激励函数为Z=0即上悬挂点无垂直运动.强迫运动为---及激励与强迫运动之间相位xy.可以得到以下几个公式代入方程1,2得到再用三角变换得到(3),(4)(3),(4)中的第一项为整流项,第二项为振动运动的峰值,其中间值为零.通过对的积分可得到整流力矩(5)(6)当时可得到寻北误差(7)式中Jzj纬度we陀螺马达转速we地球自转角速度L陀螺动量矩Dkr指北力矩Mkr？平衡力矩从(5)(6)(7)并用前面的Xop---值可以计算寻北误差Da,为了从最大激励幅度Xo,Yo计算Da-

4、--等于摆动值X1p,Y1p可以从摆动微分方程求得.从(1)-(7)还可以看出整流力矩的影响a.整流力矩总是由一个不变部分和一个振动部分组成并与干扰幅度的平方成正比6b.所有平行Y轴(是否是垂直于H轴的)即所有平行于(是否是垂直于)扭转方向的干扰都会引起整流力矩--c.所有平行于X(即平行于H轴)轴方向的干扰运动均不引起干扰d.平行于XY的半角干扰运动将引起最大的干扰力矩,整流力矩e.由于1,3的原因,叠加在方位上的振动可以用来作为出现整流力矩的识别指示4通过摆动阻尼改善干扰特性为了衰减由于基座引起的这些干扰,在MW77及GYROMAT系统中设计了

5、一种对各种陀螺系统都有效的阻尼器.因为摆动阻尼和惯性阻尼都是要通过在陀螺中附加质量来达到的,然而附加质量所引起的误差与其全部质量成线性增加.因此我们采用了一种较为现实的相对阻尼，将摆动引起的能量耗散而转移的壳体上。此时在摆与壳体之间将产生不希望的耦合--在共振频率范围内将会增加寻北误差.在没有相对阻尼的的陀螺系统中，由于陀螺内部振动(陀螺马达轴承噪声及转子不平衡)所引起的振动---形成的寻北误差在0.1mgn以下几个数量级？(1977---文中).通过与此有关的计算和测量已得到一个最佳值即阻尼系数在D=0.15～0.25.在这个阻尼条件下因内部干扰

6、振动所引起的寻北误差相对惯性阻尼来说没有明显的增加,频带宽度也足够小.而方位振动阻尼则应该保持在尽可能低的条件下.根据公式(8)(9)可以从两个相邻振幅的比例的自然对数来计算出阻尼系数D.在MW77中可按如下数据设计:D»0.25对于Pyz(相对阻尼D»0.2+惯性阻尼D»0.05)D»0.2对于PxzD»0.15对于反向阻尼Gpyz(相对阻尼D»0.1+惯性阻尼D»0.05)D»0.0015对于方位摆动阻尼由于采用直流陀螺马达的稳速电子控制因此在Pyz和Gpyz方向上产生惯性阻尼力矩,使其局部？阻尼系数D»0.05由于采用了上述阻尼措施使陀螺系统

7、对振动干扰的灵敏度有了明显的降低.使测量可靠性和使用范围大有提高.5在振动台上的误差测量为了检验干扰引起的寻北误差,曾经把GYROMAT放在振动台上并在给定干扰量级的条件下进行振动试验.干扰频率在0.5～10Hz,频率间隔在0.05～0.1Hz.振幅在S=----0.01mm.引入干扰力矩的方向偏北45°.因此在此方向上出现最大寻北误差.在小的干扰测量点进行3次,因此寻北误差可以检测到.6仪器的主要寻北规范是不同的测量方法,因为较小的重力矩和没有阻尼器而得到的不同条件.一般具有自动寻北测量的系统具有相同的转矩在纬度为~51.5°,陀螺方位值（指北力

8、矩？）Dk=10.5E-6Nm.图3为所得到的寻北误差,图4为--6在振动台上所得到的寻北误差的说明比较两种仪器上产生的寻