高精度陀螺仪

陀螺仪在无人机飞行控制系统中的应用，无人机的飞行控制系统是其较主要的组成部分之一，而姿态的稳定控制，则是对无人机顺利执行各项任务的有效方法。在目前的无人机实际制造与应用中，有的无人机产品是基于三轴陀螺仪和倾角传感器，来构成全姿态增稳控制系统的。无人机姿态增稳控制属于内回路控制，它包括姿态保持与控制、速度控制等模式。内回路控制是在以三轴陀螺仪和倾角传感器获取无人机飞行姿态的基础上，通过对升降舵、方向舵的控制，完成飞行姿态的稳定与控制。在大型工程和科研项目中，陀螺仪可与加速度计等传感器结合，实现复杂环境下的精确测量和控制。高精度陀螺仪

我们都知道，只有当手机或摄像机相对“稳定”我们才能拍出精美的画面或视频。而能够让“稳拍器”始终保持稳定的主要秘密就是“加速度和陀螺仪”传感器。为什么说“加速度和陀螺仪”传感器是自拍神器的主要秘密呢？因为稳拍器的主要就是对“相机”姿态的检测，然后根据“相机”的姿态变化实时的控制与“相机”连接的电机做相应动作，只要电机控制的够快，就能保证“相机”始终稳定在固定位置。不管你的手左右晃动还是上下晃动，在稳拍神器的控制下你的“相机”就会雷打不动，从而拍出稳定的照片和画面。北京惯导厂商汽车行业中，陀螺仪可用于车辆稳定性控制、导航系统等，提高驾驶安全性。

陀螺仪器较早是用于航海导航，但随着科学技术的发展，它在航空和航天事业中也得到普遍的应用。陀螺仪器不只可以作为指示仪表，而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件，即可作为信号传感器。根据需要，陀螺仪器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行，而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中，则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制。

单自由度陀螺仪给陀螺增加了一个自由度，共有两个自由度。单自由度陀螺仪模型如图3所示，x、y、z分别为陀螺仪的三个周，x方向没有自由度。转子飞速转动的动量H沿z轴方向。当基座绕z轴转动或y轴转动时，由于内框架具有隔离运动作用，转子不会随着基座的转动而转动。当基座绕x轴转动时，内框架轴有一对力F作用在内框架轴的两端，形成力矩M_x，方向沿x轴方向。由于陀螺仪没有该方向的转动自由度，力矩M_x使陀螺仪绕内框架进动，沿y轴方向。总之，单自由度陀螺仪可敏感缺少自由度方向的角速度。在地面车辆导航、水下探测器以及工业机器人中，陀螺仪也发挥着重要作用，提供姿态感知和运动控制支持。

陀螺稳定器，稳定船体的陀螺装置。20世纪初使用的施利克被动式稳定器实质上是一个装在船上的大型二自由度重力陀螺仪，其转子轴铅直放置，框架轴平行于船的横轴。当船体侧摇时，陀螺力矩迫使框架携带转子一起相对于船体旋进。这种摇摆式旋进引起另一个陀螺力矩，对船体产生稳定作用。斯佩里主动式稳定器是在上述装置的基础上增加一个小型操纵陀螺仪，其转子沿船横轴放置。一旦船体侧倾，小陀螺沿其铅直轴旋进，从而使主陀螺仪框架轴上的控制马达及时开动，在该轴上施加与原陀螺力矩方向相同的主动力矩，借以加强框架的旋进和由此旋进产生的对船体的稳定作用。机械式陀螺仪的结构简单，制造成本低，但精度相对较低，适用于中低精度场合。甘肃自动化采煤惯导

陀螺仪的测量数据具有实时性和连续性，为动态环境下的控制提供可靠依据。高精度陀螺仪

一个接近真实MEMS陀螺仪的结构如下图所示。外侧的蓝色与黄色部分别为驱动电极，它们通过施加交变电压来驱动内部的红色质量块及红色测量电极沿着特定方向做往返运动。红色质量块通过具有弹簧性质的绿色长条结构与基底相连，而红色的短栅与内侧蓝色的短栅则构成了电容的极板。当基底发生旋转时，质量块在科里奥利力的作用下会产生垂直方向的运动。这种运动的幅值与施加的角速度成正比。通过测量质量块上的红色电极与固定在底座上的蓝色电极之间的电容变化，我们就可以得到角速度的大小。高精度陀螺仪