基于20-sim的双框架陀螺仪键合图建模与仿真

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1、学术论文RESEARCH基于20一sire的双框架陀螺仪键合图建模与仿真孟少明1，聂慧萍2，李群松1(1．湖南化工职业技术学院机械系，株洲412000；2．中航工业南方航空工业(集团)有限公司，株洲412000)【摘要】针对传统建模方法对陀螺结构进行建模时，存在推导过程复杂，直观性不好的问题，本文采用键合图建模方法建立双框架陀螺仪的键合图模型。首先根据陀螺仪的空间运动关系，建立系统的拉格朗日方程；然后基于拉格朗日方程与键合图模型的对应关系，采用调整转换器和调整回转器建立了陀螺仪的完整键合图模型，并采用20

2、．sim软件对模型进行了仿真分析，仿真结果验证了模型的正确性。关键词：陀螺仪；拉格朗日方程；键合图；建模；仿真ModelingandSimulationofDual--FrameGyroscopeBasedonBondGraphof20—·simMENGShaomin91，NIEHuipin92，LIQunson91(1．HunanChemicalIndustryVocationTechnologyCollege，Zhuzhou，412000，China；2．AVICSouthAviationIndust

3、ryCo．，Ltd．，Zhuzhou412000，China)【ABSTRACT】Aimingatthederivationprocessiscomplexandintuitivebadfortraditionalmodelingofgyroscopestruc—ture，abondgraphmethodtoestablishthebondgraphmodelofdual—flamegyroscopeisproposedinthispaper．First，theLagrangeequationsofthe

4、systemareestablishedbasedonthespacemotionrelationshipofthegyroscope．Then，thebondgraphmodelisproposedbyadjustingtheconverterandthegyratoraccordingtothecorrespondingrelationsoftheLa-grangeequationsandbondgraphmodel．Finally,the20一simsoftwareisappliedtosimula

5、tethemodelandtheresultsverityitscredibility．Keywords：Gyroscope；Lagrangeequation；Bondgraph；Modeling；SimulationDOI：10．16080／j．issnl671-833x．2016．06．064键合图建模方法是20世纪60年代由美国MIT的HenryPaynter教授提出的一种用统一的方式处理多能域耦合的工程系统的动态分析图形化建模方法【l】。与其他建模方法相比，键合图采用图形化的方式直观地描述了系统各

6、元件之间的相互连接关系、变量因果关系和能量传输关系更能深人表达系统内部状态的变化过程，其可用于多输入、多输出系统，线性和非线性系统的模拟。因此，在多体动力系统12。3】、热力学系统【4】和电子系统【51等多个领域得到了广泛而成功的应用。陀螺仪作为一种惯性级精密仪表被广泛应用于航空、航天、航海和地下勘探等领域。随着科技的快速发展，对陀螺仪的工作精度日益提高，因此，首先要建立陀螺仪的动力学模型，以便从结构设计、加工工艺以及外部补偿等方面对陀螺仪的误差进行分析，提高陀螺仪的工作精度。采用传递函数分析方法对陀螺结

7、构进行建模，推导过程复杂，直观性不好，不便于分析制造误差给陀螺带来的影响，也不利于实现结构和控制一体化建64航空制造技术·2016年第6期模、仿真与动力学分析。本文以双框架陀螺仪为例，首先建立陀螺仪的拉格郎日方程，然后根据拉格郎日方程建立系统的键合图模型，并用20一sim仿真软件对所建立的键合图模型进行仿真分析，验证模型的正确性。1建立陀螺仪的拉格朗日方程双框架陀螺仪的结构如图I所示f6】，有内、外两个平衡环，内平衡环通过一对内转轴连接在外平衡环上，外平衡环通过一对与内转轴正交的外转轴连接在壳体上，内平衡

8、环上有一转子，用来平衡整个框架系统。为了建模方便，设转子的质心与内平衡环中心的距离，为零。外平衡环可沿惯性坐标系O-XYZ中的Z自由选择，旋转角定义为西。内圈可以沿XY平面内的亭轴自由转动，旋转角定义为0。转子所在的轴f垂直于轴孝，自转角定义为沙。为了建立陀螺仪的拉格朗日方程，用3个欧拉角西、0、沙来定义转子的运动。用符号CRESEARCH学术论文图1陀螺仪示意图Fig．1Schematicdiagramofgyroscope