利用陀螺儀在慣性空間使臺體保持方位不變的裝置,又稱陀螺穩定平臺。它是慣性導航系統中的重要部件。用它可在飛行器上建立一個不受飛行器運動影響的參考坐標系,據以測量飛行器的姿態角和加速度。由慣性平臺組成的導航系統稱為平臺式慣性導航系統。

  組成和原理 慣性平臺由臺體1、三個單軸陀螺儀、內框架2、外框架3、力矩電機、角度感測器和伺服電子線路等組成。臺體通過內框架和外框架支承在基座上,,基座與飛行器固連。如果沿Y軸存在幹擾力矩,就會使內框架和臺體繞Y軸轉動。臺體上的y單軸陀螺儀感受轉動角速度,單軸陀螺儀處於積分陀螺的工作狀態,輸出與臺體轉角成正比的信號(見速率陀螺儀),通過y伺服電子線路加給y力矩電機。力矩電機輸出與幹擾力矩相反方向的力矩,使臺體向原來的方向轉動。當y力矩電機輸出的力矩與幹擾力矩相互抵消時,臺體不再轉動,在慣性空間的方位保持不變。當XZ軸存在幹擾力矩時道理相同。飛行器轉動時,臺體在慣性空間的方位保持不變,裝在XYZ軸上的角度傳感器即輸出飛行器相對於慣性坐標系的轉角。慣性平臺也可用兩個雙軸陀螺儀(雙自由度陀螺儀)等構成。

  應用 慣性平臺主要用於慣性導航系統。慣性導航系統中的加速度計裝在慣性平臺的臺體上,這個臺體隔離瞭飛行器角運動對測量加速度的影響。但還需要建立慣性平臺的地理參考坐標系,即平臺應保持水平(稱為水平對準)和對準北向(稱為方位對準)。利用臺體上的加速度計和慣性平臺組成的回路可使平臺跟蹤地垂線。當臺體有傾角時,加速度計測出重力的分量並輸出信號,經電子線路(積分器)和單軸積分陀螺加給力矩電機,使臺體反向轉動,恢復水平。飛行器的加速度對臺體水平位置的影響可利用舒拉擺的原理加以排除。

  慣性平臺一般采用引入式對準和自主式對準兩種方式對準北向(方位對準)。引入式對準是將外部基準(如羅盤的北向)引入平臺並與臺體的方位比較,其偏差信號經放大後輸到方位陀螺力矩器,驅使臺體繞方位軸轉動,直到偏差信號為零,於是臺體的方位與外部基準方位一致。自主式對準是利用陀螺儀感受地球角速度的效應,驅使平臺自主地找到地球北向。

  當飛行器的姿態角變化很大時,外框架和內框架會發生重合現象,稱為框架自鎖。這時回路不能正常工作,平臺不能繼續用作參考坐標系。增加一個隨動框架可以解決自鎖問題。另一種方法是將臺體做成球形並懸浮在液體中而避免使用框架。

參考書目

 陸元九編著:《陀螺及慣性導航原理》,科學出版社,北京,1964。