惯性导航平台减振装置设计及其动态特性分析

    惯性导航系统是以物体的惯性为基础，结合计算机和控制技术，获取运动载体的加速度、速度、转动角度等运动参数和坐标等多种信息，从而确定运动载体姿态、航向、弹道等多种信息，达到导航、制导、定位、定向等目的的综合系统。本文所研究的惯性导航系统为某型车载导弹发射塔精密定位定向系统，整套系统包括激光陀螺仪、台体、减振系统、转位系统、测控系统等。激光陀螺仪是惯性导航系统的核心传感元件，用于测量敏感平台相对惯性空间的角速率［2］。系统中采用的机械抖动式激光陀螺仪在工作时，其抖动器需产生一定的抖动频率来消除激光陀螺仪的闭锁现象［3］。当受到外界干扰振动时，其抖动幅度不对称，会使陀螺仪产生累积偏置误差，导致陀螺仪输出精度降低，严重时将导致陀螺仪输出波形完全失真。

    本文通过分析陀螺仪工作时所受的激励，针对陀螺仪进行减振装置设计，采用 ANSYS 软件分析减振装置受激振后产生的响应，降低外部激励对陀螺仪工作的影响。

    1 陀螺仪减振系统所受激励的分析

    1. 1 发动机激励分析

    车载惯性导航系统由螺栓直接刚性安装在车体上。为保证拖载车辆在导弹发射后，能迅速驶离，惯性导航系统要求在车辆怠速停车状态下工作。外界对惯性导航系统的激励主要为发动机怠速频率。拖载车辆采用六缸四冲程的发动机，怠速速为600 r/min ±50 r/min。对于六缸四冲程的发动机，发动机曲轴每转两圈过程中产生六次往复惯性力，发动机怠速频率 f = zn/60 Hz( z 为每转往复惯性力次数，n 为发动机转速)［4］。故发动机怠速激励频率为 30 Hz 左右。在安装惯性导航系统的车辆地板位置，经试验测试得到该部位垂向的平均加权加速度均方根值 α 为 1. 23 m/s2，频率 f 为 29. 8 Hz。位移振幅 A = α/( 2πf)2= 3. 51 × 10－ 5m。

    1. 2 陀螺仪抖动器激励分析

    本文研究的惯性导航系统所采用的陀螺仪为机械抖动式激光陀螺仪，此类型的陀螺仪通过内置的机械抖动器产生抖动偏频来消除激光陀螺仪的闭锁现象［5］。陀螺仪与安装支架用螺栓直接固联在一起，其在工作时抖动器产生的激励将直接传递给陀螺仪安装支架，使支架产生受迫振动。支架的受迫振动将会反馈该陀螺仪壳体，从而影响陀螺仪测量精度。

    为了解陀螺仪抖动器的振动特性，设计了如下的测试实验来获得陀螺仪抖动器产生的振动频率和振动力。实验原理为模拟陀螺仪在自由状态下工作，测试其振动加速度，从而计算其振动频率和振动力实验方法为用一种非常柔软的橡皮筋将激光陀螺吊起来，在陀螺仪壳体上安装三向加速度传感器，如图 1 所示。