惯性控制技术及其在某型飞行器上的应用

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1、惯性控制技术及其在某型飞行器上的应用刘浠哈尔滨工程大学摘要：惯性技术是用来实现运动物体姿态和运动轨迹控制的一门技术，它是惯性仪表、惯性稳定、惯性系统、惯性制导与惯性测量等及其相关技术的总称。惯性技术的两大部件：陀螺仪、加速度计，其中以陀螺仪最为核心，整个惯性技术建立在陀螺仪之上。本文介绍了惯性技术的研究历史、现状和发展趋势、研究的关键技术及其应用。关键词：惯性技术、惯性导航、陀螺仪加速度计applicationofinertialtechnologyAbstract:Theinertialtechnologyistheonlyindependentmean

2、stoestablishthepositionandattitudereferenceofavehicle.Theroadmapofinertialtechnologyaswellastheapplicationofcurrentinertialtechnologyathomeandabroadisreviewedinthispaper.Atthesametime,theresearchstatusandthemainachievementofinertialtechnologyaregiven.Moreover,thegapbetweenthelevel

3、inChinaandtheinternationalleadinglevelofinertialtechnologyisanalyzedinthepaper.Finally,theforegroundoftheinertialtechnologyisdescribed.Keywords：Inertialtechnology、inertialnavigation、gyroscope、accelerometer1惯性技术的研究历史惯性技术起源于西方，发展于西方，是一门涉及精密机械、计算机技术、微电子、光学、自动控制、材料等多种学科和领域的综合技术。自20世纪4

4、0年代惯性技术开始工程实用以来，几十年内得到了迅速的发展，其中军事的需求是最主要动力。80年代后，惯性技术开始向民用领域普及。惯性技术是惯性仪表、惯性导航、惯性制导、惯性稳定、惯性测量等技术的统称，其中，惯性仪表（陀螺仪、加速度计）的技术状态和水平制约着惯性技术其他研究内容的发展。惯性技术的两大部件：陀螺仪、加速度计，其中以陀螺仪最为核心，整个惯性技术建立在陀螺仪之上。因此，按照陀螺仪出现的先后可以将惯性技术划分为四代。第一代1930年以前的惯性技术。1687年牛顿三大定律的建立成为惯性技术的理论基础；1852年傅科提出陀螺仪的定义、原理及应用设想；190

5、8年安修茨研制出世界上第一台摆式陀螺罗经；1916年舒勒调谐原理。以机械框架氏陀螺为典型代表，精度低，结构简陋。第二代惯性技术开始于20世纪40年代火箭技术发展的初期阶段，其研究内容从惯性仪表技术发展扩大到惯性导航系统的应用。首先是惯性技术在V-II火箭上的第一次成功应用。到50年代中后期，0.5nmile/h的单自由度液浮陀螺平台惯导系统研制并应用成功。1968年漂移约为0.005o/h的G6B4型动压陀螺研制成功。这一时期，还出现了另一种惯性传感器—加速度计。在技术理论研究方面，为减少陀螺仪表支承的摩擦与干扰，挠性、液浮、气浮、磁悬浮和静电等支承悬浮机

6、构被逐步采用，1960年激光技术的出现为今后激光陀螺（RLG）的发展提供了理论支持；捷联惯导（SINS）理论研究趋于完善。第三代惯性技术开始于70年代，基于萨格奈克效应，以光学陀螺为典型代表，反应时间短，动态范围大、可靠性高、适应性强。出现了一些新型的陀螺仪、加速度计和相应的惯性导航系统，包括：静电陀螺（ESG）、动力调谐陀螺（DTG）、环形激光陀螺（RLG）、干涉式光纤陀螺（IFOG）等。80年代，伴随着半导体工艺的成熟与完善，采用微机械结构和控制电路工艺制造的微机电系统（MEMS）开始出现，同时，超导体陀螺、粒子陀螺、音叉震动陀螺、流体转子陀螺及固态陀

7、螺等基于不同物理原理的陀螺仪表相继设计成功。当前，惯性技术正处在第四代发展阶段，基于哥氏效应和萨格奈克效应，以微机电、微光机电陀螺和加速度计为典型代表，追求高精度、高可靠性、小型化、低成本、数字化。2惯控主要技术①仪表技术：惯性仪表根据其不同的精度要求，一般采用不同的技术和设计来实现。高精度惯性仪表也称战略级仪表，主要应用于战略导弹制导、核潜艇及战略轰炸机导航，要求高精度、高可靠、长寿命、抗干扰，目前以三浮和静电两种仪表作为主要惯性元件。中精度惯性仪表也称导航级仪表，主要应用于中程飞机、大中型水面舰艇及巡航导弹等的导航与制导，要求中等精度、长寿命、小体积、

8、低重量、低成本，目前激光陀螺占据主导地位。低精度惯性仪表也称战术级