原譯文-擺式陀螺尋北儀的振誤差

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1、擺式陀螺尋北儀振動(dòng)誤差分析(1982.4.15．德文資料口述譯文整理)通過調(diào)節(jié)擺的自振頻率可以消除因汽車振動(dòng)的干擾，但是在精度要求為Sá32時(shí)，特別是建筑基礎(chǔ)和工業(yè)交通引起的隨機(jī)振動(dòng)的干擾與陀螺擺動(dòng)相重疊將使振動(dòng)加大。當(dāng)外界干擾正好在自振頻率之內(nèi)時(shí)最為危險(xiǎn)。目前的陀螺尋北儀無附加阻尼器，因此在振動(dòng)振幅接近1mm時(shí)尋北誤差將會(huì)超過允許值。在研制MW77和GYROMAT時(shí)曾經(jīng)用兩臺(tái)儀器（有阻尼和無阻尼的）在振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行模擬試驗(yàn)。所得結(jié)果表明了儀器對(duì)基面振動(dòng)的敏感程度。ZXYH2擺式陀螺尋北儀的振動(dòng)形式在外界干擾下，擺式陀螺尋北儀有7種不同的振動(dòng)形式:a

2、.a方位進(jìn)動(dòng);b.章動(dòng);c.b，H軸在X-Z南北平面內(nèi)的俯仰角擺動(dòng);d.d，陀螺房在南北平面X-Z內(nèi)的平移擺動(dòng);e.g，陀螺房在東西平面Y-Z內(nèi)的平移擺動(dòng);6f.反向擺動(dòng)即在南北平面X-Z內(nèi)的(PXZ);g.反向擺動(dòng)即在東西平面Y-Z內(nèi)的(gPYZ)。由于轉(zhuǎn)子的陀螺力矩的作用，b及反b擺動(dòng)一直受到抑制，因此與此有關(guān)的振動(dòng)干擾誤差只在校準(zhǔn)時(shí)才考慮(即在轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)的零位測(cè)定時(shí)才考慮)。對(duì)外界干擾最為敏感的是PYZ即g和反向g振動(dòng).圖1為各種振動(dòng)形式的說明.為了說明圖3,4中的影響,需要從它們的作用機(jī)理進(jìn)行分析.在X-Y方向上的加速度,同時(shí)在Z軸上將產(chǎn)生

3、力矩？？如圖2.第一個(gè)方程可得到一個(gè)力矩,第二個(gè)方程也可得到一個(gè)力矩,外部激勵(lì)函數(shù)為Z=0即上懸掛點(diǎn)無垂直運(yùn)動(dòng).強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)為---及激勵(lì)與強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)之間相位xy.可以得到以下幾個(gè)公式代入方程1,2得到再用三角變換得到(3),(4)(3),(4)中的第一項(xiàng)為整流項(xiàng),第二項(xiàng)為振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的峰值,其中間值為零.通過對(duì)的積分可得到整流力矩(5)(6)當(dāng)時(shí)可得到尋北誤差(7)式中Jzj緯度we陀螺馬達(dá)轉(zhuǎn)速we地球自轉(zhuǎn)角速度L陀螺動(dòng)量矩Dkr指北力矩Mkr？平衡力矩從(5)(6)(7)并用前面的Xop---值可以計(jì)算尋北誤差Da,為了從最大激勵(lì)幅度Xo,Yo計(jì)算Da-

4、--等于擺動(dòng)值X1p,Y1p可以從擺動(dòng)微分方程求得.從(1)-(7)還可以看出整流力矩的影響a.整流力矩總是由一個(gè)不變部分和一個(gè)振動(dòng)部分組成并與干擾幅度的平方成正比6b.所有平行Y軸(是否是垂直于H軸的)即所有平行于(是否是垂直于)扭轉(zhuǎn)方向的干擾都會(huì)引起整流力矩--c.所有平行于X(即平行于H軸)軸方向的干擾運(yùn)動(dòng)均不引起干擾d.平行于XY的半角干擾運(yùn)動(dòng)將引起最大的干擾力矩,整流力矩e.由于1,3的原因,疊加在方位上的振動(dòng)可以用來作為出現(xiàn)整流力矩的識(shí)別指示4通過擺動(dòng)阻尼改善干擾特性為了衰減由于基座引起的這些干擾,在MW77及GYROMAT系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了

5、一種對(duì)各種陀螺系統(tǒng)都有效的阻尼器.因?yàn)閿[動(dòng)阻尼和慣性阻尼都是要通過在陀螺中附加質(zhì)量來達(dá)到的,然而附加質(zhì)量所引起的誤差與其全部質(zhì)量成線性增加.因此我們采用了一種較為現(xiàn)實(shí)的相對(duì)阻尼，將擺動(dòng)引起的能量耗散而轉(zhuǎn)移的殼體上。此時(shí)在擺與殼體之間將產(chǎn)生不希望的耦合--在共振頻率范圍內(nèi)將會(huì)增加尋北誤差.在沒有相對(duì)阻尼的的陀螺系統(tǒng)中，由于陀螺內(nèi)部振動(dòng)(陀螺馬達(dá)軸承噪聲及轉(zhuǎn)子不平衡)所引起的振動(dòng)---形成的尋北誤差在0.1mgn以下幾個(gè)數(shù)量級(jí)？(1977---文中).通過與此有關(guān)的計(jì)算和測(cè)量已得到一個(gè)最佳值即阻尼系數(shù)在D=0.15～0.25.在這個(gè)阻尼條件下因內(nèi)部干擾

6、振動(dòng)所引起的尋北誤差相對(duì)慣性阻尼來說沒有明顯的增加,頻帶寬度也足夠小.而方位振動(dòng)阻尼則應(yīng)該保持在盡可能低的條件下.根據(jù)公式(8)(9)可以從兩個(gè)相鄰振幅的比例的自然對(duì)數(shù)來計(jì)算出阻尼系數(shù)D.在MW77中可按如下數(shù)據(jù)設(shè)計(jì):D?0.25對(duì)于Pyz(相對(duì)阻尼D?0.2+慣性阻尼D?0.05)D?0.2對(duì)于PxzD?0.15對(duì)于反向阻尼Gpyz(相對(duì)阻尼D?0.1+慣性阻尼D?0.05)D?0.0015對(duì)于方位擺動(dòng)阻尼由于采用直流陀螺馬達(dá)的穩(wěn)速電子控制因此在Pyz和Gpyz方向上產(chǎn)生慣性阻尼力矩,使其局部？阻尼系數(shù)D?0.05由于采用了上述阻尼措施使陀螺系統(tǒng)

7、對(duì)振動(dòng)干擾的靈敏度有了明顯的降低.使測(cè)量可靠性和使用范圍大有提高.5在振動(dòng)臺(tái)上的誤差測(cè)量為了檢驗(yàn)干擾引起的尋北誤差,曾經(jīng)把GYROMAT放在振動(dòng)臺(tái)上并在給定干擾量級(jí)的條件下進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn).干擾頻率在0.5～10Hz,頻率間隔在0.05～0.1Hz.振幅在S=----0.01mm.引入干擾力矩的方向偏北45°.因此在此方向上出現(xiàn)最大尋北誤差.在小的干擾測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行3次,因此尋北誤差可以檢測(cè)到.6儀器的主要尋北規(guī)范是不同的測(cè)量方法,因?yàn)檩^小的重力矩和沒有阻尼器而得到的不同條件.一般具有自動(dòng)尋北測(cè)量的系統(tǒng)具有相同的轉(zhuǎn)矩在緯度為~51.5°,陀螺方位值（指北力

8、矩？）Dk=10.5E-6Nm.圖3為所得到的尋北誤差,圖4為--6在振動(dòng)臺(tái)上所得到的尋北誤差的說明比較兩種儀器上產(chǎn)生的尋