速率積分陀螺(以下簡稱陀螺)是導(dǎo)彈姿態(tài)控制系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵元件,主要用于敏感彈體的姿態(tài)角速率,輸出與角速率成正比的直流電壓信號,通過伺服機構(gòu)帶動發(fā)動機調(diào)整彈體的姿態(tài),以實現(xiàn)彈體的穩(wěn)定飛行。該陀螺主要由信號器、電機、浮筒、力矩器、浮子支承結(jié)構(gòu)、信號傳輸結(jié)構(gòu)、浮液、波紋管和控制回路等組成。它的精度和穩(wěn)定性決定了控制系統(tǒng)的精度和可靠性。衡量陀螺穩(wěn)定性的主要指標(biāo)是漂移誤差,漂移誤差是控制系統(tǒng)的主要誤差之一。陀螺漂移誤差的表達(dá)式為:
(1)
式中
為陀螺的漂移率,H為陀螺電機的角動量,Md為繞陀螺輸出軸的干擾力矩。
因此,找出陀螺儀表結(jié)構(gòu)及其有關(guān)部件的設(shè)計缺陷,改進(jìn)設(shè)計和制造工藝,降低陀螺的漂移誤差、減小干擾力矩是每個陀螺設(shè)計師的主要任務(wù)之一。
一、干擾力矩的來源與分類
陀螺漂移誤差的表達(dá)式除了用式(1)表示外,還可根據(jù)陀螺的具體使用環(huán)境,進(jìn)行更詳細(xì)的描述。對用在導(dǎo)彈上的陀螺而言,大的加速度是使用環(huán)境的顯著特點,因此要特別注意漂移誤差和加速度的關(guān)系;同時考慮到該陀螺為軸對稱結(jié)構(gòu),它的電機使用的軸承為滾珠軸承,且電機自轉(zhuǎn)軸方向陀螺框架的剛度已足夠大,故可用下面的模型來表示漂移誤:
(2)
式中:DF為與加速度無關(guān)的漂移,D1和DS為與加速度成正比的漂移系數(shù),a1為沿陀螺輸入軸IA的加速度,aS為沿陀螺自轉(zhuǎn)軸SA的加速度,陀螺軸系見圖1。

圖l 陀螺的軸系圖
從式(1)可以看出,要降低陀螺的漂移誤差,必須減小干擾力矩。由式(2)知道:要減小漂移誤差,則必須減小DF、DI和DS的值,這說明DF、D1、DS的值與陀螺的干擾力矩Md是相關(guān)的。因此,又可將干擾力矩分為與加速度無關(guān)的力矩和與加速度有關(guān)的力矩。與加速度無關(guān)的干擾力矩(即引起漂移DF)的主要來源有:1)信號傳輸結(jié)構(gòu)導(dǎo)電游絲形變的彈性力矩。2)浮子支承軸承的摩擦力矩。3)信號器產(chǎn)生的電磁力矩。與加速度有關(guān)且成正比的干擾力矩(即引起漂移DI和DS)主要有:1)浮液高低溫下體積變化引起浮子重心與浮心發(fā)生偏移而產(chǎn)生的干擾力矩。2)浮子的靜不平衡引起的繞陀螺輸出軸的力矩;3)高低溫下因機械加工應(yīng)力和裝配應(yīng)力而引起的漂移。為減小這些因素對陀螺漂移的影響,下面從設(shè)計和制造工藝角度,提出減小陀螺漂移誤差的改進(jìn)措施。
二、減小漂移誤差的措施
(一)減小漂移DF的措施
下面主要通過對比試驗,對陀螺的設(shè)計和制造工藝進(jìn)行改進(jìn),達(dá)到減小漂移的目的。陀螺提供給系統(tǒng)的最終輸出量為電壓,干擾力矩的大小是以陀螺零位電壓的大小來直接表征和度量的。由于陀螺的輸出電壓U=RSI,式中RS為采樣電阻的值,電流I由下面的式子求得:





