关于无转台挠性陀螺转子控制的寻北方法

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1、关于无转台挠性陀螺转子控制的寻北方法1.前言对于某些低精度的车载挠性陀螺寻北仪，通常对其成本和体积提出苛刻的要求。例如，两年前14所和207所先后提出希望提供σ≤0.3°的车载寻北仪。207所对于寻北仪的尺寸提出了具体要求，希望小于150*150（和原来的电子罗盘尺寸相似）,单价在7万元可接受。为了最大限度地降低成本和减小尺寸，建议采用无转动机构的一位寻北测量方法并且选用0.05°/h的低成本陀螺和（倾角传感器）加速度表。此时需要解决的主要问题是如何消除陀螺逐次漂移的影响以及如何补偿常值漂移。2.陀螺逐

2、次漂移陀螺逐次漂移实际上是逐次启动的重复性（σ）。其测量过程是：在特定环境和无输入速率条件下，同一个陀螺多次启动的输出值的平均值称为常值漂移而其均方差称为“逐次漂移”。每次启动的时间间隔通常是数小时或者1天（确保每次启动是冷态启动），因此也称之为逐日漂移。逐次漂移可以认为是常值漂移的一种。逐次漂移和常值漂移又与陀螺的工作温度有关。目前的磁滞马达挠性陀螺其逐次漂移通常是随机漂移的3～4倍。比如说，某个陀螺的随机漂移为0.01°/h,则其逐次漂移通常为0.03°/h。24如果陀螺的漂移只有随机和常值，其常值

3、是稳定的并且可以准确标定出来则双轴陀螺捷联寻北过程即可采用一位完成。但是由于逐次漂移的存在，通常采用多位寻北消除逐次漂移的影响。逐次漂移形成的原因比较复杂，主要是陀螺马达，特别是采用磁滞材料加工的同步陀螺马达的磁化特性对陀螺转子、力矩器和信号器的影响。美国专利指出：磁滞陀螺马达的转子位置与与旋转磁场之间的方位（定位）变化是形成逐次漂移的主要原因。如果能准确控制两者之间的定位关系，保持每次启动的转子定位重复性则可消除大部分逐次漂移分量则陀螺的逐次漂移有可能被控制在很小的范围内。原专利未能提及激励电流和磁化

4、强度对于逐次漂移分量的影响问题，即是否还有转子定子的磁化状态的影响？即同时还应该能准确控制每次启动的三相电源的电压状态？另一个提法是所谓再同步方法减小逐次漂移，未见详细资料，估计是多次短促断电－高压启动－低压运行－等待（5s）－采样（15s），以多次启动平均逐次（不是逐日）漂移是否可以大部分消除逐次漂移分量的影响？3转子定位为了实现转子重复定位，美专利提出采用一个专门设计的转子位置传感器。这个方法可以获得更高的定位精度但是需要修改陀螺结构。能否在不改变现有挠性陀螺结构的条件下近似完成转子的重复定位呢？转

5、子连续定位的寻北方法(2014年4月23日5:49:22)24如果采用转子与定子之间连续“平滑”定位控制方法应该比较彻底的解决磁化强度变化带来的新问题。(单独说明)3.1.利用章动信号进行转子定位3.1.1.陀螺转子与挠性接头的关系根据挠性陀螺转子结构的分析，转子扭摆轴（X和Y）和陀螺马达转子具有固定的连接关系。如图。这就相当于在转子上设置的四个标志，X,-X,Y,和-Y,而不是一个标志。能否用其替在转子上设置的转子位置传感器？当然，根据专利说明，为了实现转子的定位，只能选用其中的一个。XY挠性接头X扭

6、摆轴MN-S旋转1周，转子扭摆2周H轴X扭摆轴陀螺转子X轴信号器绕组24挠性接头马达转子马达绕组马达绕组XY信号器现在的问题是：1）如何检测此标志与旋转磁场之间的相位关系2）如何有效地控制这个关系3）如何24从四个标志中选择一个固定的标志或者采用其他办法克服多值性3.1.2.检测方法为了解决第一个问题，这里提出利用转子章动信号，即绕挠性接头的双轴扭摆信号，将挠性接头作为转子位置的标记－确定转子与三相激励中的A相波形（代表旋转磁场）之间的定位关系之后即可确定转子与旋转磁场的相对关系。根据挠性陀螺原理，其转

7、子与马达定子之间的运动关系可以表示为：由于章动角速度是马达转动角速度的二倍以上两式可写成陀螺马达转动角速度转子和定子之间的初始相位角也即的初始相位角转子和定子之间的相对转角即马达自传的相对转角X敏感轴输出的偏转角Y敏感轴输出的偏转角X扭杆的扭转角Y扭杆的扭转角24实际上美国专利指出的是，如果能使每次启动时具有足够的重复精度则可以消除大部分逐次漂移。举例说，在马达定子A，B，C三个绕组中，假设我们选定A相作为“基相”，转子定位的目的是保证A相中的正弦电压为0时挠性接头的X扭摆轴正好平行于基相的磁力轴线M。

8、3.2.关于多零位问题由于无法从上述四个定位信号中准确重复地选择其中之一，也即无法解决多零位问题。但是，如果采用四个位置上进行采样以代替每一个确定的位置，也就相当于选取四个确定的位置而不是一个进行采样。是否可能获得更好的结果？3.3．浮动零位的定位方法3.3.1.原理说明由于从章动信号中提取扭摆信号的过程比较复杂因此进一步设想，采用浮动零位的四位定位方法代替上述固定的四定位方法。即随机确定四个正交位置的初始限位进行寻北测量。此时不再需要章动