动力调谐陀螺仪误差分析及补偿技术——陈智民

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动力调谐陀螺仪

动力调谐陀螺仪的原理结构图
在陀螺壳体上安装了位置中心对称的两对信号器和两对力矩器，一轴上的电气对称轴与另一轴上额的电气对称轴相互正交，是陀螺的测量基准轴，同轴上的力矩器和信号器的电气对称轴相重合。

转子镶有径向充磁的磁钢，力矩器是绕制在陶瓷片骨架上圆柱面内的线圈，线圈有效工作段镶在转子的环形槽内，且与环形槽留有一定的活动空隙。当线圈通入施矩电流时，在径向磁场的作用下，转子受到沿转子自转轴方向的电磁作用力，同轴上的力矩器工作在推挽状态，产生的电磁作用力对另一轴形成力偶，从而实现对陀螺施矩。信号器用来测量转子赤道平面相对壳体基准面（由电气对称轴确定的平面）的偏转角，同轴上的信号器输出接成差动形式。
4、开展温控和补偿研究，减小陀螺漂移，缩短陀螺准备时间
a、应用新技术，设计陀螺温控环境，大大缩短高精度陀螺准备时间； b、深入开展温度场、温度控制和标定补偿研究，有效减小由温度引起的温度漂移。
5、建设基础平台，确保陀螺质量
a、配置电机、轴承装配和检测的多种专用设备； b、建设传感器、力矩器实验室，可测试传感器线性度、传感器梯度、力矩器刻度系数的温度系数和磁场的不均匀性； c、配备陀螺调试所需的各种专用设备。
2、误差补偿国外比国内更精细更全面
如美国基尔福特制导与导航公司的K130A08陀螺，为了补偿陀螺电机速率变化引起的陀螺标度因数变化，减少逐日漂移，除采取温度控制、温度补偿外，还在陀螺转子上设立一个位置标记，电机每转一周输出一个脉冲，用于补偿误差。法国测试仪器制造公司GAM1-G系列陀螺亦采用了陀螺电机转速检测补偿和温度补偿装置。为了提高陀螺工作寿命和可靠性，英国史密斯工业宇航与防卫系统有限公司的2000系列和3000系列陀螺，均采用气体轴承代替滚珠轴承。

动力调谐陀螺测井技术及应用

动力调谐陀螺测井技术及应用动力调谐陀螺测井技术及应用,生产一线,蒋伟民约2948字摘要:本文介绍了一种目前国内外先进的陀螺测斜技术及现场应用情况。

该测井技术以动力调谐速率陀螺测量地球自转角速率分量;石英加速计测量地球加速度分量，经计算机计算可得出井筒的倾斜角、方位角、工具面角等参数。

通过对井筒不同深度的测量，即可得出井身轨迹曲线。

此项测井技术可用于井身轨迹复测、钻井定向和侧钻井开窗定向等。

胜利石油管理局现河采油厂应用此项技术进行复杂断块油藏及岩性油藏中井点校正，对于落实层系局部微高，分析油藏剩余油潜力和油水动态分布，挖掘油藏潜力，提高储量动用程度获得了较好的效果。

关键词:动力调谐陀螺;测井技术;应用1、引言在油田开采初期，由于测井技术落后，钻杆在地下的实际运行轨迹并不十分清楚，而且，井上测得的深度并非井的垂直深度，在打到预定“深度”时仍未发现出油，就会得出错误的“此地无油”的结论，造成废井。

另一方面，随着油田开发过程的不断延伸，地质报废和工程报废的油井越来越多，在石油资源日益枯竭的情况下，如何使报废井及老油井焕发出新的活力，同时在新油井开发过程中，如何为钻头走向提供正确的控制信息，提高油井的产出效益比，运用现代测井技术是一种必不可少的手段。

本文介绍的动力调谐陀螺测斜仪就是能在油田生产中起着开窗侧钻、打水平井的一种仪器，该仪器以测量地球自转角速率分量来确定空间某点方位，不受地磁的影响，由此可在井下通过陀螺测量出该开窗的方位，这样可在旧井、老井下按实际油层方向重新开窗，使旧井、老井得到二次开发，大大节省了人力、物力、财力，可应用于有磁性干扰的丛式井组、加密井和存在磁屏蔽的套管、油管、钻杆内进行井眼轨迹测量或定向钻井。

因此，该测井技术的推广应用将对加速石油天然气勘探和开发步伐有着极大的推动作用。

2、测井原理动力调谐陀螺测井技术的核心部件是惯性测量组件，包括一个动力调谐速率陀螺和两个石英加速度计。

动力调谐速率陀螺测量地球自转角速率分量;石英加速度计测量地球重力加速度分量。

动力调谐陀螺仪误差分析及补偿技术——陈智民

动力调谐陀螺仪力反馈回路优化设计与仿真分析

本文链接:/Thesis_Y1488931.aspx
授权使用:上海交通大学(shjtdxip),授权号:c937e6f9-e5ac-464e-9f1e-9e9700cc0f6f
下载时间:2011年2月27日
作者:刘保增
学位授予单位:哈尔滨工程大学
1.期刊论文曹慧亮.李宏生.王寿荣.杨波.黄丽斌.李坤宇.Cao Huiliang.Li Hongsheng.Wang Shourong.Yang Bo.
Huang Libin.Li Kunyu一种新型的硅片转子调谐陀螺仪-导航与控制2010,09(1)
本文介绍一种硅薄片转子调谐式陀螺仪.该陀螺仪继承了动力调谐陀螺仪的结构形式和工作原理,利用微电机驱动陀螺转子,利用两对扭杆和平衡环实现动力调谐,其扭杆、平衡环、陀螺转子和信号器、力矩器均由微机械工艺加工,转子偏角采用差动电容检测,力平衡反馈通过静电力实现.论文详细介绍了该陀螺仪的结构,分析了调谐条件和信号器、力矩器标度因数,讨论了信号检测与力反馈回路的组成与原理.硅薄片转子调谐陀螺仪的体积和质量略大于硅微机械陀螺仪,精度与动力调谐陀螺仪相近(理论可达0.01°/h或更高),且环境适应性较好,成本低,适于要求较高精度和小体积的应用动力调谐陀螺仪力反馈回路优化设计与仿真分析
姓名:***
申请学位级别:硕士
专业:导航、制导与控制
指导教师:***
20090301
动力调谐陀螺仪力反馈回路优化设计与仿真分析

现代导航技术第五章(动力调谐陀螺)

一、动力调谐速率陀螺仪的构成原理设陀螺的动量矩为L，y轴力矩器的标度因数为km，控制电流为Iy，则在偏角稳态时有如下关系：
sx
km I y L
x
因此，稳态时转子始终跟随壳体相对惯性空间作同步转动，施矩电流Iy、Ix的大小和极性可以分别反映出壳体转动角速度ωx、ωy的大小和方向。所以具有双轴速率陀螺仪的功能。
பைடு நூலகம்28
§5.3 动力调谐速率陀螺仪的构成与分析
二、动力调谐速率陀螺仪的力矩器特性分析例：设动力调谐速率陀螺仪动量矩L=0.1kg.m2/s。若测量的最大速率ωmax=400°/s，则要求力矩器给出的最大力矩为：
M s max Lmax 0.1 (400

180
) 0.64 N m
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§5.2 动力调谐陀螺的调谐机理及其漂移误差
二、动力调谐陀螺的动力调谐机理
• 所谓“动力调谐”，是指挠性接头固有的弹簧刚度恰好精确地被动力引进的弹簧刚度所抵消，从而消除了挠性支承对转子的弹性约束。 • 通过调节挠性轴弹簧刚度K、平衡环转动惯量Ie(横向转动惯量)和Iz（极转动惯量），或者调节转子自转角速度，可满足动力调谐条件：
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§5.2 动力调谐陀螺的调谐机理及其漂移误差
三、动力调谐陀螺仪的漂移误差
从表现形式来说，漂移误差可以分为以下几类： 1、对g不敏感的零偏： 2、对g敏感的零偏； 3、零均值随机零偏； 4、标度因数误差；
该类陀螺仪对于线加速度、角加速度、振动、磁场、温度场的变化敏感，会导致测量误差。
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§5.2 动力调谐陀螺的调谐机理及其漂移误差
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§5.1 动力调谐陀螺的结构及特点
三、动力调谐陀螺仪的结构组成挠性接头的材料特性：

动力调谐陀螺仪误差分析及补偿技术——陈智民共21页文档

31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
动力调谐陀螺仪误差分析及补偿技术——陈智民
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯

动力调谐陀螺仪温度补偿技术研究

ｃａｇｈｅｅａｕｅｏＴｄｓｎｄｙｔｓｔｅｔｍｐｒｔｒｒｔｆＴｎｒｊｃｗａｓｅ．ｈｎｅｔｅｔｍｐｒｔｒｆＧｅｉｅｌ，ｅｔｈｄｇＤｇｅｅａｕｅｄｉＧｏｆｏＤ
动力调谐陀螺仪温度补偿技术研究
顾春杰周百令¨ ，，张雪，丽斌黄
（．１东南大学仪器科学与工程学院，南京２０９；空军大连通信士官学校，１０６２．沈阳大连１６０）１６０
摘要：为了减小温度变化对动力调谐陀螺仪性能稳定性的影响，设计了温度补偿方案。利用控温箱，有计划地改变陀螺仪
ｓｍｅｔｍｐｒｔｒｓｕｌｈｅｐｒｔｒｒｆｄｌｏｏｅｅａｕｅ，ｂｉｔｅｔｍｅａｕｅｄｉｔｍｏｅｆＤＴＧ’ ｕｐｔＴｅｔｔｅｔｍｐｒｔｒｆＤＴＧｔｄＳｏｔｕ．ｓｈｅｅａｕｅｏａｔｉｏｎｙｔｍｐｒｔｒ－ｅｔｏｏｅｔａｄｅｔｔｈｒｆｏｔｕｆＤＴＧｙｕｉｇｔｅｔｍｐｒｔｒｈｓｍｍｅｔｂｅｅａｕｅｔｓｍｐｎｎｎｓｉｅｔｅｄｉｕｐｔｃｍａｔｏｂｓｎｈｅｅａｕｅｍｏｅ，ｔｅＤＴＧ ’ ｕｐｔａｔｒｔｍｐｒｔｒｘｉｔｏａｅｃｕｔｄｂｕｔａｔｇｔｅｔｍｐｒｔｒｘｄｌｈＳｏｔｕｆｅｅｅａｕｅｅｐａｉｎｃｎｂｏｎｅｙｓｂｒｃｉｈｅｅａｕｅｅ－ｎｅｒｉｎｏｔｕｒｍｈｅｔｄｏｔｕｆＤＴＧ．ｅｒｓｌｓｏｍｕａｅｓｏｔａｎｔｅｔｍｐｒｔｒａｇｕｓｏｕｐｔｆｏｔｅｔｓｅｕｐｔｏＴｈｅｕｔｆｅｌｔｈｗｈｔｉｈｅｅａｕｅｒｎｅ

动态环境下光纤陀螺误差辨识与补偿技术

ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｍｕｓｔｂｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙｉｄｅｎｔｉｉｅｆｄｔｏｍａｋｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ．ＩｎｖｉｅｗｔｈａｔｔｈｅＦＯＧａｎｇｕｌａｒａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｄｉｒｅｃｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｈｅｔＦ０Ｇｎｇａｌｅｖｅｌｏｃｉｔｙｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｈａｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ
ｌａｒｇｅｅｒｒｏｒｓ．ｔｈｅａｎｇｕｌｒａａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉＳｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｈｅｌｉｎｅｒａｐａｒｔａｎｄｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｐａｒｔ．ＴｈｅｌｉｎｅａｒｐａｒｔＵＳｅＳｓａｖｉｔｚｋｙ－ｇｏｌａｙａｌｇｏｉｔｒｈｍｔｏｅａｒｌｙｏｕｔｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｉｔｆｔｉｎｇ．ｗｈｉｌｅｈｅｔｎｏｎｌｉｎｅａｒｐａｒｔｕｓｅｓＲＢＦ
ｆＢｅｉｊｉｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＴｉｍｅｓＯｐｔｉｃａｌ－ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）

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d.驱动轴二倍旋转频率的角振动引起的误差
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二、动调陀螺仪结构误差分析与补偿
a.剩余刚度和阻尼效应引起的漂移误差: 如果陀螺存在剩余刚度和阻尼效应，则当自转轴与驱动轴之间出现相对角偏移时，就有同相弹性力矩和正交弹性力矩作用在转子上，使自转轴进动偏离原来所稳定的方位，极点沿着收敛螺线返回原点。这种自转轴的方位偏离就是漂移。补偿技术： 1）尽量减小锥形进动角频率。 2）尽量增大陀螺仪的时间常数。 3）尽量减小自转轴与驱动轴之间的角偏移。
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二、动调陀螺仪结构误差分析与补偿
b.质量不平衡引起的漂移误差：在实际的仪表结构中，由于加工和装配误差，不可能绝对精确地保证转子质心和平衡环质心都位于挠性支承中心上，也不可能绝对精确的保证内、外挠性轴轴线相交于一点。补偿技术：挠性接头制造好了，内外挠性轴轴线偏离的距离便成定值。为了工艺上调整方便，可以先绕外挠性轴进行静平衡，然后再通过绕内挠性轴进行静平衡。在对陀螺仪进行精细的静平衡以后，质量不平衡漂移系数可以达到很小。
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二、动调陀螺仪结构误差分析与补偿
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二、动调陀螺仪结构误差分析与补偿
d.驱动轴二倍旋转频率的角振动引起的误差：在仪表工作过程中，驱动轴可能出现绕着与其正交的轴的角振动，这种角振动也会引起平衡环的振荡运动，并产生惯性力矩作用在转子上。如果驱动轴角振动频率恰好是转子旋转频率的2 倍，那么平衡环力矩中将包含一个常值力矩分量，从而造成陀螺漂移。补偿技术：这项误差是单平衡环动调陀螺仪一种原理性误差。为了从根本上消除这项误差，出现了双平衡环式结构，即在转子和驱动轴之间安装2个在旋转方向上互成90°但又不干涉的平衡环。
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三、动调陀螺仪应用误差分析与补偿
动力调谐陀螺温度变化引起的误差分析：温度变化对动力调谐陀螺仪各部分的影响包括:转子体质心轴向偏移,力矩器力矩系数变化, 动力调谐陀螺仪调谐状态变化,信号器标度因数变化,风阻力矩变化. 中等精度的动力调谐陀螺仪所产生的温度漂移是不容忽视的,所以必须采取措施减小温度变化对陀螺仪性能的影响. 补偿技术：惯性器件结构设计补偿法是一种减少温度影响的方法。结构设计补偿方法有力矩器热敏磁分路补偿法和电路补偿法等。
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一、动力调谐陀螺仪结构简介

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一、动力调谐陀螺仪结构简介
动力调谐陀螺仪的结构组成：
2.动力调谐陀螺仪的结构组成示意图：
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二、动调陀螺仪结构误差分析与补偿
a.剩余刚度和阻尼效应引起的漂移误差 b.质量不平衡引起的漂移误差 c.结构非等弹性引起的误差
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动力调谐陀螺仪的误差分析及补偿技术
汇报人陀螺仪结构简介
二、动调陀螺仪结构误差分析与补偿三、动调陀螺仪应用误差分析与补偿
四、总结
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一、动力调谐陀螺仪结构简介
动力调谐陀螺仪的支承原理：转子借助2对相互正交的挠性轴和1个平衡环组成挠性接头。一对共轴线的内挠性轴把驱动轴与平衡环连接起来。一对共轴线的外挠性轴把平衡环与转子连接起来。内挠性轴、外挠性轴、驱动轴两两垂直，理想情况下下三轴交与一点，称为挠性支承点。
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谢谢！
2012年11月24日
2013-06-03

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三、动调陀螺仪应用误差分析与补偿
动力调谐陀螺静态与动态误差补偿技术：
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三、动调陀螺仪应用误差分析与补偿
动力调谐陀螺安装倾斜角引起的误差分析：在动力调谐陀螺的装配过程中陀螺和平衡环的中心轴总是不可能完全与驱动轴轴线重合,因此存在一定的安装倾斜角.陀螺及平衡环的安装倾斜角对动力调谐陀螺的调谐条件有影响,此干扰力矩与壳体的运动状态无关而与力矩器对转子的作用力有关. 补偿技术：在装配中应尽量做到陀螺、平衡环及驱动轴的轴线重合,以便减小对动力调谐陀螺的调谐条件的影响.
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三、动调陀螺仪应用误差分析与补偿
动力调谐陀螺仪运动中误差分析： “捷联式定位定向系统” 中的动力调谐陀螺承受了载体在空间运动时的全部线运动与角运动。线运动引起的测量误差可以按动力调谐陀螺的静态误差模型予以补偿, 而角运动引起的动态误差则应按其、动态误差模型予以补偿。而补偿这些误差的先决条件是已知陀螺的误差模型和误差参数。
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四、总结
动力调谐陀螺仪惯导系统中，因载体而产生的几种误差对导航性能具有很大的影响，如圆锥误差、挠性陀螺刻度因数非线性、姿态角速率引起的加表零位变化误差等。这些误差的分析和补偿都是建立在陀螺仪或系统精确的数学或物理模型（动力学误差模型，静态误差模型、动态误差模型、运动模型等）基础上的，所以在此没有讨论。
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三、动调陀螺仪应用误差分析与补偿
动力调谐陀螺温度变化引起的误差补偿技术：
温度补偿的原理框图
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四、总结
根据陀螺仪与载体加速度之间的关系，可把陀螺仪有规律的、系统性的漂移分为3种： 1.与加速度无关的漂移。一般由弹性力矩、电磁或静电干扰力矩等产生。 2.与加速度成比例的漂移。一般由于陀螺仪质心偏离支承中心形成轴向或径向质量不平衡所引起。 3.与加速度平方成比例的漂移。一般由陀螺仪结构中非等弹性形变所引起。