3自由度陀螺仪系统
3 DOF Gyroscope

   
      三自由度陀螺系统是一个可进行旋转动力学研究的理想实验平台,涉及到实际应用中的高度控制,动量轮控制,导航制导,卫星姿态角控制,自主导航系统,以及陀螺仪相关产品的研究如智能手机,平板电脑等。通过本实验平台可以掌握:
  • 开环系统状态空间方程
  • 基于LQR最优控制的闭环系统状态反馈控制器设计
  • 状态反馈控制器的实现及性能评价
此外三自由度陀螺仪系统还可以用于非线性控制,系统辨识等领域的研究。
 
工作原理
      三自由度陀螺仪系统利用角动量原理来测量位置方向角度。本实验装置最内侧是一个惯量盘,安装于一个蓝色的万向节内,蓝色的万向节安装在一个红色的万向节内部,最外面是一个银色的矩形支架。银色的支架通过滑环固定在外壳上,可以沿着竖直方向任意角度转动。每个万向节之间也都通过滑环连接,从而使它们都可以自由地绕轴向转动。
      本实验装置配有四个带编码器的直流电机,其中的三个电机驱动惯量盘和蓝色、红色万向节,第四个电机用来驱动最外层银色方框的转动。每个转动的角度都通过高精度编码器来测量。尽管万向节和外层银色框可以自由转动,装置也可以使它们固定在某一个角度不动。
 
系统特点
  • 4 自由度测量与驱动系统
  • 不同的颜色代表不同的自由度,易于区分
  • 通过整个工作空间进行机械平衡
  • 高分辨率光学编码器
  • 通过滑环使得每个自由度都可以无限转动
  • 各轴都有电机直接驱动以减少摩擦
  • 完全兼容 MATLAB®/Simulink® 的控制环境
  • 开放机构设计使用户方便地将自己的控制器在装置上实现并验证
 
技术指标
装置尺寸 (W x L x H)
70 cm x 50 cm x 50 cm
总质量
27.3 kg
惯量盘编码器精度(倍频后) 
4096 count/rev
万向节/外框编码器精度(倍频后)
4000 count/rev
惯量盘电机输出功率
44.5 W
万向节/外框电机输出功率
266 W
转子质量
1.91 kg
转子直径
0.152 m
转子厚度
0.0127 m