單自由度陀螺儀是指�(zhuǎn)子相對于殼體只能繞垂直于�(zhuǎn)子自�(zhuǎn)軸的一個軸自由進動的陀螺儀。單自由度陀螺儀以及它所組成的陀螺平�、平臺羅�,被廣泛地應(yīng)用在各種飛行器的慣性制�(dǎo)及姿�(tài)控制系統(tǒng)��
對于一個機械式陀螺儀,除了沿�(zhuǎn)子軸方向�,陀螺轉(zhuǎn)子相對儀表殼體還有一個自由度的陀螺儀稱為單自由度陀�。根�(jù)輸出軸所作用的約束力矩的不同,可以把單自由度陀螺儀分為三種主要類型:速率陀螺儀、積分陀螺儀、二次積分陀螺儀�
單自由度陀螺結(jié)�(gòu)示意�
圖中給出了結(jié)�(gòu)示意�。在慣性導(dǎo)航系�(tǒng)中選用的是浮子式單自由度(或雙自由度)陀螺儀�
陀螺轉(zhuǎn)子和陀螺內(nèi)�(huán)�(gòu)成陀螺浮子組合件,內(nèi)�(huán)以密封的圓筒形式給出,內(nèi)�(huán)軸也稱為輸出�,輸出軸通過精密的寶石軸承固裝在殼體上,因�,轉(zhuǎn)子除了繞自轉(zhuǎn)軸的高速轉(zhuǎn)動之外,相對殼體只能繞輸出軸進動,角動量H(見圖中)相對慣性空間只有一個自由度�
單自由度陀螺儀的精度取決于繞輸出軸的干擾力矩大�,為了減小繞輸出軸的摩擦力矩,采用懸浮技�(shù),即把做成封閉式圓筒的內(nèi)�(huán)放在高密度的浮液中,整個浮子的重量由浮液來承受。這樣,寶石軸承只起定位的作用�。而且人們往往利用浮液對浮筒所�(chǎn)生的阻尼作用代替圖中的阻尼器C。從工作原理上看,圖中這種�(jié)�(gòu)的陀�,在沒有彈簧�,稱為積分陀螺。而當(dāng)阻尼作用可以忽略,在輸出軸只存在彈性約束,就叫做速率陀螺儀�
單自由度陀螺儀基本原理如右圖所�,它由轉(zhuǎn)子及�(nèi)�(huán)組成。轉(zhuǎn)子裝置安裝在�(nèi)�(huán)軸承上,并以常值角速度Ω繞自�(zhuǎn)軸Z相對�(nèi)�(huán)高速旋�(zhuǎn),內(nèi)�(huán)通過一對軸承與陀螺儀殼體相�,并且可以繞�(nèi)�(huán)軸Y相對殼體�(zhuǎn)�。內(nèi)�(huán)軸Y與轉(zhuǎn)子自�(zhuǎn)軸Z相互垂直,并且相較于一點O,該交點為陀螺儀的固定不動點,陀螺儀的所有角運動都是以某一瞬間角速度繞固定點O�(zhuǎn)�。由圖可知,單自由度陀螺儀實際上有兩個角自由度:
一是轉(zhuǎn)子可以繞自轉(zhuǎn)軸OZ相對于內(nèi)�(huán)旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)角用γ表示�
二是帶有�(zhuǎn)子的�(nèi)�(huán)可以繞內(nèi)�(huán)軸OY相對于殼體轉(zhuǎn)�,轉(zhuǎn)角用β表示�
在單自由度陀螺儀的實際應(yīng)用中,主要研究陀螺儀�(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)軸OZ的運動特性,即研究OZ軸繞�(nèi)�(huán)軸OY相對于殼體轉(zhuǎn)角β的運動特�。因此,所謂單自由度陀螺儀,實際上是指OZ軸只有一個轉(zhuǎn)動自由度的陀螺儀�
單自由度陀螺儀比起二自由度陀螺儀在制造工藝上有些實際的優(yōu)點,即只限于在一根軸上(輸出軸)需要做得使干擾力矩很小。盡管單自由度陀螺儀有這種�(yōu)�,但在使用中卻比二自由度陀螺復(fù)雜一�。由單自由度陀螺儀�(gòu)成的伺服系統(tǒng)不是一個簡單的位置隨動系統(tǒng),速度積分陀螺是伺服系統(tǒng)中的積分�(huán)節(jié),它的動�(tài)特性對伺服系統(tǒng)的性能有很大的影響�
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