陀螺穩定器陀螺儀

陀螺穩定器陀螺儀，也叫做陀螺穩定器或者陀螺穩定平台，是當載體受到外界衝擊時，仍然使得載體在原有方向上保持相對穩定的儀器。通常在飛機、人造衛星等航空太空飛行器上得到使用。陀螺穩定器按照自由度分為單軸陀螺穩定器、雙軸陀螺穩定平台、三軸陀螺穩定平台以及陀螺定向裝置，都是由陀螺、加速度計以及自動控制迴路和器件組成。陀螺穩定器也稱陀螺穩定平台，習慣上稱單軸的為穩定器，多軸的為平台。通常，所謂的穩定是使運載體或裝置保持在一個或多個基準方向上。

基本介紹

• 中文名：陀螺穩定器
• 外文名：Gyroscope Equilibrator
• 別名：陀螺穩定平台

裝置介紹

用途

使載體在受到外界衝擊時仍然能夠保持相對穩定的狀態。載體可以是飛機、人造衛星等大型設備，近年來也將陀螺穩定器小型化、民用化，運用於小型無人機、攝影器材等。

由於被穩定的對象（例如人造衛星）的質量往往較大，陀螺產生的陀螺力矩只能在相對短時間內起穩定作用。在航空航天使用的條件下，事實上往往達不到長時間穩定的要求。

工作原理

多軸的陀螺穩定器的原理與單軸陀螺穩定器的原理類似，這裡僅對單軸陀螺穩定器原理進行說明。

圖1

如圖1所示是一個單軸的動力陀螺穩定器，裝置10為被穩定對象。起始時裝置10的主軸與陀螺轉子軸平行，當基座繞外環軸轉動時，轉子軸和裝置主軸由於陀螺的定軸性不隨之轉動，保持原有方向；當基座受到衝擊時，轉子軸與主軸做章動，仍處於原有方向附近。如果在外環軸上作用一個干擾力矩，轉子與內環一起繞內環軸進動，進動的角速度為。在外力矩作用在外環軸時，轉子繞內環軸做進動產生的陀螺力矩通過傳動裝置5也作用在外環軸上，並且二者大小相等方向相反，這樣使得裝置主軸仍處於起始位置。

以上就是陀螺穩定器的基本工作原理。在此基礎上再增加一個自由度，一套控制迴路系統，就可以變成二軸穩定平台。如果再增加，就成為三軸穩定平台或空間穩定平台。

自動控制迴路

為了提高陀螺穩定器的性能，常常設計的有自動控制迴路，這些控制迴路分為穩定迴路和修正迴路，均採用負反饋調節機制。

例如在單軸動力陀螺穩定器中，減速器電機4為穩定迴路，其作用是提供陀螺進動的阻尼力矩，可以使陀螺發生進動時更快地靜止下來；電機5構成修正迴路，與外框架固定在一起，為提高穩定精度，修正迴路產生與摩擦力大小相等方向相反的力矩，以補償摩擦力對裝置的影響。

在各種穩定系統中，穩定迴路的設計歷來是非常重要的，往往也是複雜的，根據反饋迴路的控制原理，可以將穩定器為積分陀螺組成的穩定器和微分陀螺組成的穩定器。

提升性能措施

為了提高陀螺穩定器的精度，增大陀螺角動量通常不可取，因為增大角動量需要增大整個裝置的尺寸和重量。實際採用的方法是減小進動軸上的干擾力。因此，現多採用小型單自由度液浮積分陀螺、微分陀螺和撓性陀螺構成穩定器。這些陀螺的角動量很小，所產生的陀螺力矩對穩定迴路來說基本沒有影響，因此這種陀螺穩定器也不是嚴格的“動力陀螺”，陀螺在這裡只起感測器或控制器的作用，它們感應角速度信號，然後由其他裝置按照設計的規則姿態控制載體姿態。

套用實例

空間飛行器的穩定

空間飛行器的穩定系統可分為被動式和主動式兩種。

作用於空間飛行器的力矩是穩定系統中的陀螺所產生的，用來平滑干擾力矩，且不採用任何工體（或者燃料），這種穩定系統被稱為被動式的。在這裡，陀螺除了起穩定作用外，同時又是空間飛行器偏離要求的給定方位的敏感器件。

主動式空間飛行器的穩定系統是藉助於機載陀螺來控制機電、流體等傳動裝置來實現穩定，要求消耗工體。