电控罗经改进设计项目管理的探讨及研究

第 1 章 绪论

1.1 概述

陀螺罗经是一种导航仪器，它能够自动寻找和跟踪当地地理子午面。它是利用地球的自转和陀螺仪本身具有的宝贵特性相结合而构成的一种导航仪。它不仅能够为舰船导航提供可靠的航向基准，而且能够为舰船的火炮控制、鱼雷、声纳、导弹、雷达及自动舵等设备提供方位基准。陀螺罗经已被广泛地应用于各类大、中、小型舰艇和远洋运输船、渔船、海洋工程船和科考船，被视为当代惯性导航的先驱和其他现代化导航系统不可缺少的重要组成部分。随着科学技术的不断进步，尤其是计算机技术和陀螺仪技术的飞速发展，给陀螺罗经带来了更大的发展空间，并在舰船陀螺罗经的基础上，又派生出可用于陆地机动载体导航和定位的新型的导航仪，总之，陀螺罗经自问世以来，历经百年沧桑而不衰，并随着科学技术的不断发展，陀螺罗经不断地汲取先进的技术和理论，使陀螺罗经的功能日趋完善，精度和可靠性不断得到提高，陀螺罗经的前景十分看好。

1.2 陀螺罗经国内外发展概况

陀螺罗经的研究以及应用到现在大概有一百年了，1908 年和 1909 年德国人安休兹(Anshtz)和美国人斯佩里（Sperry）先后制成了单转子陀螺罗经[1]。但是在舰船摇摆的时候这些罗经会有很大的误差。然而，但是科技水平低下，能制成单转子陀螺罗经足以成为令人震惊的壮举，人们一直努力致力于这方便的研究，1911 年 Sperry公司开始生产 M-1 型单转子罗经[2,3]。1912 年 Anshtz 公司生产了三转子陀螺罗经，在克服摇摆误差上取得了显著成效[4,5]。Sperry 公司仍在单转子的基础上向前发展，并从 1918 年开始采用液体摆与陀螺房偏心相连的结构，并使液体摆中因摇摆而引起的液体振荡与摇摆振荡在相位上相差 1/4 周期，这在很大程度上减小了罗经摇摆时的误差[6,7]。1923 年，德国数学家舒勒（Schuler）提出了不受加速度干扰影响的摆[8]，其自由振荡周期设计成 84.4min。于是人们开始自由振荡周期陀螺罗经设计为84.4min。经过不断的研究，1926 年 Anshtz 公司制成了液浮式双转子陀螺罗经，并且一直沿用。经不断的改进已逐步形成了安休兹系列、斯佩里系列和阿玛布朗系列三大罗经系列[9]。

在二次大战前，安休兹系列陀螺罗经只有标准 1 和标准 2 型定型生产；之后又有标准 3 和标准4 型。其中 3 型不能带分罗经，现已停产[10]。4 型成为销量最大的产品之一；标准 6 小型罗经从 68 年开始生产；标准 4s 型罗经于 77 年制成；80 年研制成12 型小型罗经；82 年又研制成陀螺星;和标准 14型陀螺罗经。属于安休兹系列的产品，还有西德普拉特航海仪器厂生产的 A 型、B 型、C 型、航海 2 型，以及 80 年制成的航海 7 型和 8 型陀螺罗经[11]。除此之外，前苏联的航向 4 型，意大利微技术公司的天狼星 1 型、2 型和北极星罗经，日本横河北辰电器公司与普拉特合作生产的产品以及我国生产的航海Ⅰ型罗经等等[12]。

斯佩里陀螺罗经是 1909 年斯佩里研制的。斯佩里罗经早期采用液浮陀螺，后来改用钢丝悬挂支撑，这样就简化了结构，利于维修。五十年代后期，为了提高罗经的精度，结合电磁控制技术应用液浮支撑，并形成了新的产品系列。其定型的产品有 M14、M18、M19、M20、M22、M23、M27、M227、M29、M30、M37、M47、SR120、SR130 和 SR220 型等近三十种。日本东京计器公司生产的ES 型、TG-100 型和 TG-5000 型等罗经，也属于斯佩里单转子罗经系列[14]。

二次世界大战后，阿玛布朗陀螺罗经是由美国布朗公司和阿玛公司于联合研制成功的，并慢慢地发展为相对完整的产品系列。其型号有 M1、M2、M3、M4、M5、M7、M10、M12、M20 和 M30 等[15]。

随着科学技术的飞速发展，特别是陀螺仪的迅速发展，使得陀螺罗经也得到进一步发展，罗经上采用了液浮陀螺仪、光纤陀螺仪、磁悬浮陀螺仪、静电陀螺仪、挠性陀螺仪、激光陀螺仪、气浮陀螺仪等多种陀螺仪[16]。其中，液浮陀螺仪是主要应用的对象。因为存在成本和技术上的问题，光纤陀螺仪和激光陀螺仪还处于研究阶段，不能广泛的应用于陀螺罗经的制作中，例如，精度较高的平台罗经和惯性导航等。相信科技的迅速发展，成本不断降低，为了提高罗经精度，抗干扰能力以及陀螺罗经的使用寿命，陀螺罗经中定会广泛采用激光陀螺仪和光纤陀螺仪。

第3章 电控陀螺罗经改进项目软件开发管理................................37-45

3.1 概述................................37

3.2 软件开发管理................................37-41

3.2.1 项目组织与资源................................37-38

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第4章 电控陀螺罗经的可靠性和风险分析................................45-64

4.1 电控罗经可靠性概述................................45

4.2 电控罗经可靠性分析 ................................5-52

4.2.1 电控罗经可靠........ 45

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结 论

电控陀螺罗经由于其设计时间较早，元器件型号陈旧，控制线路落后，随动伺服电路跟踪性能差，导致罗经机动性能差，为满足部队需要，结合装舰部队的反馈意见，进行了重新设计，论文研究了电控罗经改进设计中项目管理，目前初样和正样经工厂检查、环境试验、可靠性试验表明，产品的技术指标、质量和可靠性满足研制任务书的要求。

第一部分：为了达到改进设计的最初预想，首先从电控罗经的基本原理开始分析，对电控罗经的基本理论、电控罗经的速度、纬度修正和陀螺漂移产生的误差及补偿方面进行了研究；在原理分析的基础上，在电控罗经的电控子系统、主罗经子系统和微机控制子系统等方面进行了改进设计。电控陀螺罗经技术改进设计的方案，是由工厂与哈尔滨工程大学共同协商制订的。在综合考虑性能、价格成本、质量等因素的条件下，根据原电控罗经在实际使用中存在的若干问题，提出了有针对性地解决方法并且尽可能地利用新技术在改进的基础上增加许多新功能，以达到使产品更新换代的目的。2021 年根据以上技术改进设计方案进行了设计，样机的生产、调试，并在 2021 年底进行了系统对接联调。实验证明：该方案技术上是可行的，新改进设计的电控罗经完全实现了原设备的全部功能，性能有所提高，操作更加方便，工作更可靠。

参考文献

[1] 高茂林.陀螺寻北装置研究[D].西北工业大学硕士学位论文,西北工业大学大学,2006.

[2] 关政军,陈铎.磁罗经自差自动测定和补偿系统的研制[]. 大连海事大学学报.2004，11(4).

[3] 席翔.杯形波动陀螺的结构设计与精度分析究[D].国防科技大学硕士学位论文,国防科技大学,2021.

[4] 刘春江.平台罗经精密角位置伺服控制与温度控制系统设计及应用[D]. 天津大学硕士学位论文,天津大学,2003.

[5] 赵柯.船用陀螺罗经改良研究[D].上海海事大学, 2006

[6] 赵磊.三相逆变陀螺电源的研究与设计[D]哈尔滨工程大学, 2004.