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挠性陀螺交叉耦合影响因素分析及控制

蔡曜 司玉辉 王玉琢 杜鑫 尹路

蔡曜,司玉辉,王玉琢,等. 挠性陀螺交叉耦合影响因素分析及控制[J]. 北京航空航天大学学报,2025,51(1):141-151
引用本文: 蔡曜,司玉辉,王玉琢,等. 挠性陀螺交叉耦合影响因素分析及控制[J]. 北京航空航天大学学报,2025,51(1):141-151
CAI Y,SI Y H,WANG Y Z,et al. Analysis and control of influencing factors of cross coupling of flexible gyro[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2025,51(1):141-151 (in Chinese)
Citation: CAI Y,SI Y H,WANG Y Z,et al. Analysis and control of influencing factors of cross coupling of flexible gyro[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2025,51(1):141-151 (in Chinese)

挠性陀螺交叉耦合影响因素分析及控制

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0968
详细信息
    通讯作者:

    E-mail:615596667@qq.com

  • 中图分类号: V241.5+59

Analysis and control of influencing factors of cross coupling of flexible gyro

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  • 摘要:

    由于机械结构误差和电气干扰,实际生产的挠性陀螺存在交叉耦合。分析交叉耦合影响因素,确定其为差动式电感传感器铁芯柱垂直度和力矩器线圈周向偏移角度,由此建立传感器、力矩器的误差模型,定量分析了各影响因素对交叉耦合的影响程度。设计铁芯柱精密装配工装、线圈精密装配工装,并对力矩器进行可调设计,控制挠性陀螺交叉耦合。工程实践表明:各项控制方法均取得较好效果,交叉耦合稳定控制为不大于1%;各项控制方法提高了挠性陀螺对角速度的测量精度,进而提高了惯导系统的导航精度。

     

  • 图 1  挠性陀螺结构

    Figure 1.  Structure of flexible gyro

    图 2  差动式电感传感器结构

    Figure 2.  Structure of differential inductance sensor

    图 3  差动式电感传感器俯视图

    Figure 3.  Top view of differential inductance sensor

    图 4  差动式电感传感器剖面图

    Figure 4.  Profile map of differential inductance sensor

    图 5  状态4的几何图示

    Figure 5.  Geometric structure of state 4

    图 6  剖面图C-C的几何图示

    Figure 6.  Geometric structure of profile C-C

    图 7  动铁式双轴力矩器结构

    Figure 7.  Structure of moving-iron biaxial torquer

    图 8  力矩器俯视图

    Figure 8.  Top view of torquer

    图 9  力矩器装配误差示意图

    Figure 9.  Schematic diagram of assembly error of torquer

    图 10  铁芯柱精密装配工装

    Figure 10.  Precision assembly tool of iron core column

    图 11  线圈精密装配工装

    Figure 11.  Precision assembly tool of coil

    图 12  可调设计示意图

    Figure 12.  Schematic diagram of adjustable design

    图 13  零件展开

    Figure 13.  Part expansion

    表  1  铁芯柱垂直度计量结果

    Table  1.   Measurement results of perpendicularity of iron core column

    传感器编号垂直度指标/mm是否
    合格
    10.00960.00870.00100.00320.00590.00520.00200.0116
    20.00120.00660.00850.00800.00470.01190.00430.0121
    30.00770.01170.00130.00610.01170.01100.00540.0010
    40.00290.00810.00920.01000.00380.00610.01130.0021
    50.00880.00160.00370.00680.00270.00920.00600.0030
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    表  2  线圈安装角度计量及拟合结果

    Table  2.   Measurement and fitting results of coil installation angle

    力矩器编号 各点实测值/(°) 各点拟合值/(°) 是否
    合格
    1 2 3 4 5 6 7 8 1、2 3、4 5、6 7、8
    1 25.00 64.30 115.10 153.80 204.60 244.40 294.90 336.20 44.65 134.45 224.50 315.55
    2 24.70 65.20 115.20 154.70 204.30 244.60 294.20 335.90 44.95 134.95 224.45 315.05
    3 25.00 65.20 115.00 154.80 204.30 245.10 294.80 334.20 45.10 134.90 224.70 314.50
    4 25.10 65.00 115.10 154.50 204.70 244.50 295.70 335.00 45.05 134.80 224.60 315.35
    5 25.30 65.50 116.00 154.50 204.20 245.00 294.30 334.80 45.40 135.25 224.60 314.55
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    表  3  挠性陀螺测试结果

    Table  3.   Test results of flexible gyro

    挠性陀螺编号 旋转轴及角度 $ U_{x, + {\text{20}}}^{{\mathrm{DC}}} $/ mV $ U_{x, - {\text{20}}}^{{\mathrm{DC}}} $/ mV $ U_{y{\text{,}} + {\text{20}}}^{{\mathrm{DC}}} $/ mV $ U_{y{\text{,}} - {\text{20}}}^{{\mathrm{DC}}} $/ mV $ {\psi _x} $/% $ {\psi _y} $/%
    220036# y轴±20(°)/s旋转 −12.8 21.0 1996.2 1965.5 0.85
    220037# 18.9 −8.7 1981.8 2022.3 0.69
    220041# −6.6 20.4 1974.2 2022.0 0.68
    220044# 18.5 −17.8 2023.2 2019.1 0.90
    220057# −6.8 17.0 2009.4 2010.5 0.59
    220036# x轴±20(°)/s旋转 2016.3 1979.2 7.6 7.1 0.01
    220037# 2053.6 2093.4 0.9 7.5 0.16
    220041# 2022.0 2037.9 −9.9 4.7 0.36
    220044# 2050.0 2050.4 2.9 −7.9 0.26
    220057# 1994.2 1983.5 5.1 −3.8 0.22
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    表  4  220012#、220018#调试过程数据

    Table  4.   Debugging process data of 220012# and 220018#

    挠性陀螺编号 $\psi_x $/% $\psi_y $/%
    初测 顺时针旋转 逆时针旋转 复测 初测 顺时针旋转 逆时针旋转 复测
    220012# 1.1 1.6 0.3 0.2 2.1 2.7 0.8 0.9
    220018# 2.1 2.4 0.4 0.4 0.4 0.1 0.8 0.8
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-12-06
  • 录用日期:  2023-03-10
  • 网络出版日期:  2023-03-28
  • 整期出版日期:  2025-01-31

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