● 摘要
基于光纤陀螺的捷联惯导系统，其组件的使用寿命和系统的测量精度一直受到环境振动因素的影响，因此在S10-II捷联惯导系统的IMU（Inertial Mesurment Unit）单元中使用了橡胶减振器来改善这种状况。然而减振器的引入又给系统带来了角振动和相位滞后等问题。由于光纤陀螺是敏感载体角速度的惯性器件，因此系统角振动的出现必然妨碍陀螺对有用信号的正常测量；而相位滞后也会影响测量的实时性。因此，本课题的主要目的即是建立IMU减振系统正确的有限元模型，并研究系统角振动和相位滞后现象的特点及其与系统各影响因素之间的关系。本文以理论推导结果为指导，以系统样机的振动试验结果为依据，以有限元仿真软件MSC.Patran/Nastran为工具，采用有限元仿真和振动试验相结合的方法对角振动以及相位滞后现象进行了研究。首先，将IMU单元及其减振器等效为一个六自由度的动力学模型，在此基础上进行了振动耦合、相位滞后、振动放大因子以及随机响应的理论推导。然后利用软件MSC.Patran建立了系统的有限元模型，并验证了其正确性。其次，对带减振器的IMU单元样机进行了振动试验，得到了系统的振动特性曲线；对系统用橡胶减振器进行了有限元等效，完善了整个IMU减振系统的有限元模型，用振动试验结果修正该模型，从而确定了系统用七套减振器的三向刚度和阻尼系数。在此基础上对有限元模型进行随机响应和正弦激励响应仿真，得到了系统角振动的特性曲线，并定性、定量的分析了它与系统结构参数以及外界激振频率之间的关系；对系统结构在非均布载荷作用下的角振动情况进行了定量研究，并得出了结论。最后，通过模型的正弦扫频仿真得到了使用不同减振器的系统在不同激振频率时的相位滞后值，并定性的分析了该现象与系统阻尼以及激振频率之间的关系。本文通过有限元仿真和振动试验相结合的方法，建立了带减振器的IMU单元的有限元模型，定性、定量地研究了系统角振动现象，并对响应的相位滞后问题进行了初步的仿真计算，这为将有限元仿真应用于工程实际奠定了基础。