三浮陀螺加速度计浮子六自由度运动分析

贺 宇，孙文利，冯毅博

（北京航天控制仪器研究所，北京 100039）

0 引言

三浮陀螺加速度计属于摆式积分陀螺加速度计 （Pendulous Integrating Gyroscope Accelerometer，PIGA），是一种利用陀螺力矩进行反馈的摆式加速度计［1］，具有陀螺仪和摆的双重特性。为了消去干扰力矩的影响，需要利用伺服、磁悬浮、温控等控制回路对浮子、框架的转动等进行控制，保证仪表的正常工作状态与输出精度。对浮子的六自由度建模分析可更好地描述其在浮液内的运动状态。稳定浮子质心位置，实现对浮子的六自由度控制，可提升仪表结构的稳定性，减小安装误差带来的影响，对提升、发挥三浮仪表的精度优势具有重要意义［2⁃3］。 在有横向加速度时，浮子的运动数据也对分析仪表输出方程中的各非线性项具有重要意义。

王雪等［4⁃5］对三浮陀螺的浮子进行了磁悬浮控制系统建模，并对其磁悬浮与温控回路进行了一体化设计，其模型涉及到陀螺仪浮子的五个自由度。唐哲［6］对三浮陀螺的浮子运动规律进行了建模与仿真分析，其分析主要涉及陀螺仪磁悬浮控制系统的五个自由度。吴辽等［7］在对三浮陀螺的磁悬浮结构进行优化设计时，对陀螺的浮子进行了动力学分析。

转子陀螺仪的浮子具有对称性，无偏心质量，在上述提到的已有工作中，对其建模分析仅包含磁悬浮系统所能控制的五个自由度。而三浮陀螺加速度计的浮子具有偏心质量，目前并未有此类对其浮子运动状态的理论建模。对三浮陀螺加速度计工作原理的动力学分析往往将其简化为带偏心质量的双框架二自由度陀螺仪，内外框架间只存在内环轴的旋转角度一个自由度，并主要分析双框架绕各自旋转轴的角运动。……