單自由度積分陀螺儀之類比扭矩制衡迴路設計

Abstract

本論文設計和製成後的單自由度積分陀螺儀之類比扭矩制衡迴路系統，其功能是感測 航行載具某一軸向旋轉之角速度，一般都可應用在精密之姿態參考系統(Attitude Reference Systems)及慣性導航系統(Inertial Navigation System,INS)等。本論文 利用牛頓第二定律及科式定理(Corolis theorem) 推導出單自由度積分陀螺儀的數學 模型，而後便著手設計陀螺儀電子式的扭矩制衡迴路，由於迴路增益值很高，所以採 用頻域設計的落後前引控制器(lag-lead controller) ，放置於迴路之中以加強系統 的穩定度，扭力馬達(Torquer) 採用類比電路驅動產生力矩去平衡陀矩(Gyroscopic Torque:WH)，而且使環架回歸到的零值位置(Null position) ，從中便可得到航行載 具當時旋轉的角速度(w) 。最後在使用飛行平台做模擬飛行去測試和分析製成後的天 美時積分陀螺儀之類比扭矩制衡迴路系統，模擬飛行實驗的結果利用循環式最小平方 誤差(Sequential Least Square Error) 求得迴路輸出電壓與輸入角速度之正確比值 ，再由比值的收斂情形可看出整個系統的誤差狀況。