陀螺仪简介

陀螺仪是感测旋转角运动的一种装置，其作用是为加速度计的测量提供一个参考基准，以便把重力加速度和载体加速度区分开；并可为惯导系统、火力控制系统、飞行控制系统等提供载体的角速率或角位移。

概念

• 陀螺——绕自身对称轴高速旋转的刚体
• 陀螺仪（Gyroscope）——敏感角运动的一种装置，陀螺 + 支撑及辅助装置，能够实现某种测量功能的装置

陀螺仪不仅是运载体航行驾驶的重要仪表，而且是运载体控制系统、惯性导航和制导系统的核心元件。

陀螺仪定义

利用“动量矩”敏感“壳体相对惯性空间”绕“正交于自转轴”的“一个或两个角运动”的装置。

分类

• 以经典力学为基础
• 以非经典力学为基础

经典刚体转子陀螺仪

• 核心部分

  • 绕自转轴高速旋转的对称刚体转子

• 驱动

  • 由“陀螺电机”驱动刚体转子进行高速旋转

• 转子必须被支承

  • 转子相对基座有2-3个转动自由度
  • 自转轴相对基座有1-2个自由度

陀螺仪的自由度

• 指自转轴可绕其自由旋转的正交轴的数目
• 刚体转子陀螺仪可分为二自由度陀螺仪和单自由度陀螺仪

动量矩

对于绕固定点O转动的刚体，刚体内所有质点的动量对点O之矩的总和，称为刚体对该点的动量矩。

$$\vec{H}=J \vec{\omega}$$

陀螺特性——具有动量矩的物体运动所具有的“与一般刚体明显不同”的规律

动量矩的时间导数等于作用在O点的外力矩：

$$\frac{d \vec{H}}{d t}=\vec{M}$$