三浮陀螺有源磁悬浮系统力学模型分析

有源磁悬浮系统在高过载条件下的工作状态,是影响三浮陀螺和平台系统使用精度的关键因素。针对此问题,分析磁悬浮系统加力的作用机理,对系统的力学模型进行研究。从刚体动力学基本方程出发,以三浮陀螺浮子组件为研究对象,建立了浮子5个受控自由度的动力学关系和浮子运动的状态方程。然后对瞬时冲击力、阶跃常值力和简谐变化力作用下浮子运动规律的进行了分析和计算。仿真结果表明,当三种过载同时作用在浮子上时,磁悬浮系统在闭环状态下浮子位移的稳态值为2.12?m,即浮子最终停在线性区的边缘,不会碰到轴尖,因此不会影响仪表的精度和可靠性。但由于加力的刚度比较小,系统的过渡时间比较长。     

The stability of a top rotating on a rough horizontal plane

In the present paper the stability of permanent rotation of a symmetric top rotating on a slightly rough horizontal plane about the erect polar or transverse axis is discussed via the perturbation method. As a perturbation factor, the frictional force is an arbitrary nonlinear function of the sliding velocity. The same stability criterion as that in the Contensou-Magnus linear theory is obtained, but the hypothesis of the linearity for friction can be omitted. It shows that the direction of the sliding velocity at the contact point is an important factor, which influences the stability of the top. And then an explicit physical explanation is given.     

具有不等刚度的动调陀螺的运动方程分析

利用理论力学知识,通过对转子和平衡环的受力分析及陀螺的运动状态分析,建立起考虑了不等刚度的动力调谐陀螺当壳体具有加速度和角速度时陀螺的运动方程,得到了不等刚度造成的干扰力矩表达式,讨论了各种壳体加速度和角速度情况下的陀螺漂移.分析结果表明,不等刚度对动力调谐陀螺的调谐条件没有影响.在线加速度条件下,不等刚度引起的干扰力矩与加速度的平方成正比;而在角加速度情况下,不等刚度不产生陀螺漂移.在设计、生产中尽量做到等刚度设计有助于减小陀螺的漂移.     

Quasi-Euler-Poinsot motion of a rigid body

The phase-plane method of nonlinear oscillation is used to discuss the influence of the small dissipation upon the Euler-Poinsot motion of a rigid body about a fixed point. The equations of phase coordinates are applied instead of Eulerian equations, and the global characteristics of the motion of rigid body are analysed according to the distribution and the type of the singular points. A Chaplygin's sphere on a rough plane, a rigid body in viscous medium and one with a cavity filled with viscous fluid are discussed as examples. It is shown that the motions of rigid bodies dissipated by various physical factors have a common qualitative character. The rigid body tends to make a permanent rotation about the principal axis of the largest moment of inertia. The transitive process can change from oscillatory to aperiodic with the decrease in dissipation.     

The development of the dynamics of rigid body with state variables

The dynamics of a rigid body can be investigated by using state variables instead of Euler's equations. Since the differential equations have a canonical form of the first order, the method mentioned has distinct advantages not only for qualitative analysis but also for numerical calculation. In the present paper the development of this method in China is summarized.     

调宽控制平台稳定系统对陀螺漂移影响的研究

介绍了在平台式惯导系统中,由脉冲调宽加矩方式控制的惯性稳定平台的角振动对陀螺漂移的因素,通过对平台稳定系统的动态仿真,得出了它螺漂移与采用脉宽调制工作的稳定回路参数之间的关系,为惯性平台稳定回路的设计提供重要的数据依据。     

用灰色理论和神经网络理论建立陀螺漂移模型初探

本文就灰色理论和神经网络技术在建立陀螺漂移模型上的应用进行了初步探讨；介绍了这两种理论工程应用上的方法和特点以及相关的一些问题。     

壳体旋转对由恒速磁场引起的漂移误差的调制作用

陀螺仪通过外加旋转磁场恒速时,如果磁场旋转轴与转子动量矩轴不重合,将产生干扰力矩引起自由转子陀螺仪的漂移误差。文中建立了壳体翻滚的运动坐标系,分析了静止坐标系、平台坐标系、壳体坐标系、光电传感器坐标系之间的运动关系;最后从理论上证明了壳体旋转对该项漂移误差的调制作用。分析结果对于研制静电陀螺仪壳体旋转系统具有一定的参考价值。     

光纤陀螺随机漂移补偿中的数据融合方法（英文）

为提高光电平台的控制性能和稳定性,以平台反馈回路所用的光纤陀螺传感器为研究对象,对光纤陀螺角速率的历史输出、当前量测以及随机漂移进行融合补偿。采用双自回归模型确定了光纤陀螺时间序列输出的自回归多项式和光纤陀螺随机漂移的自回归关系。以陀螺当前输出为量测量,结合卡尔曼滤波算法将陀螺历史输出和历史随机漂移融合进状态方程,并进行随机漂移在线估计补偿。实验结果表明,光纤陀螺随机漂移的AR模型能达到90%拟合效果,经卡尔曼滤波补偿后随机漂移能降到1/10。该方法能很好地抑制光电平台三个框架轴光纤陀螺的随机漂移,补偿率为80%~90%。     

挠性捷联惯性导航系统误差补偿技术

为了补偿载体角运动和振动引起的捷联惯性导航系统导航误差,通过分析载体角运动引起的圆锥误差,挠性陀螺刻度因数非线性、姿态角速率引起的加表零位变化等因素对导航结果的影响,采用三子样算法和非线性补偿技术,对上述误差进行了补偿。摇摆试验和跑车试验证明,通过上述补偿后,姿态精度、水平定位精度、垂直定位精度有明显的提高。     

小型化光纤陀螺的轴向磁场误差特性建模方法探讨

小型化光纤陀螺的主要特点是光纤环径向尺寸逐步缩小,而轴向尺寸逐步增大,由此导致轴向磁场误差成为影响小型化光纤陀螺精度的重要因素之一。以小型化光纤陀螺轴向磁场误差特性为研究对象,依据光纤环中光纤的四极对称排列结构,提出轴向螺旋角展开分析法,利用Jones矩阵分别构建保偏型光纤陀螺及消偏型光纤陀螺的传输矩阵及轴向磁场误差模型,探讨光纤扭曲应力寄生圆双折射、轴向尺寸等因素与非互易性Faraday磁场相位误差的关系,得出光纤陀螺轴向磁场漂移误差的数学描述,以此为理论依据,探讨小型化光纤陀螺的轴向磁场误差因素,并提出相应的措施。     

完全笛卡尔坐标描述的多体系统动力学

用完全笛卡尔坐标描述多体系统的运动学和动力学在提高计算效率方面有突出优点．导出用完全笛卡尔坐标表示的刚体及多体系统的动量和动量矩的解析式，给出与之对应的广义惯量矩阵概念，建立无力矩状态下用完全笛卡尔坐标描述的多体系统动力学的一阶微分方程组，用于多体航天器的姿态运动分析     

Screw-matrix method in dynamics of multibody systems

In the present paper the concept of screw in classical mechanics is expressed in matrix form, in order to formulate the dynamical equations of the multibody systems. The mentioned method can retain the advantages of the screw theory and avoid the shortcomings of the dual number notation. Combining the screw-matrix method with the tool of graph theory in Roberson/Wittenberg formalism. We can expand the application of the screw theory to the general case of multibody systems. For a tree system, the dynamical equations for eachj-th subsystem, composed of all the outboard bodies connected byj-th joint can be formulated without the constraint reaction forces in the joints. For a nontree system, the dynamical equations of subsystems and the kinematical consistency conditions of the joints can be derived using the loop matrix. The whole process of calculation is unified in matrix form. A three-segment manipulator is discussed as an example. This work is supported by the National Natural Science Fund.     

基于低温物理效应的新型超高精度陀螺仪研究综述

综述了基于低温玻色—爱因斯坦凝聚状态新物理效应的量子陀螺和超流体陀螺的研究动态。对两类新原理陀螺所使用的物理效应、工作原理、技术现状等方面进行了阐述。量子陀螺依据物质波的Sagnac效应测量角速率,具有比光学陀螺高若干数量级的测量精度;基于超流体低粘性和量子涡旋特性的超流体陀螺,原理上有望达到超高精度。最后分析了两类陀螺的发展前景。     

考虑刚体运动与弹性运动耦合影响的旋转叶片振动有限元分析

本文研究了旋转叶片的纵向振动和双向横振动,考虑了刚体运动和弹性振动的耦合关系,利用有限元法推导出离散系统动力学方程,从而引出陀螺特征值问题。本文就某一特例了计算了在不同转速时叶片振动的自然频率,讨论了转速对振动频率的影响。     

自旋液体晃动研究

对旋转对称中心贮箱内的自旋液体晃动问题，提出了一个直接对Ｅｕｌｅｒ方程进行Ｇａｌｅｒｋｉｎ离散的近似方法，并分析了方法的近似性。     

多刚体系统动力学的旋量-矩阵方法

本文将经典力学中的旋量概念以矩阵形式表示,用以建立多刚体系统的动力学方程。这种旋量-矩阵方法能保留旋量融矢量与矢量矩于一体的优点,却避免以往对偶数记法的缺点。结合 Roberson/wittenburg的图论工具,旋量-矩阵方法的应用范围可扩大到一般多刚体系统。对于树形系统,利用旋量通路矩阵推导各个由第i铰联结的全部外侧刚体组成的第i子系统的动力学方程,可避免出现铰的约束反力,对于非树系统,则利用回路矩阵导出各子系统动力学方程及运动学相容条件,全部计算过程统一为矩阵运算,以操作机器人作为具体算例。     

刚性椭球对固定面的三维摩擦碰撞

讨论刚性椭球对固定面的三维摩擦碰撞．以法向冲量为自变量，建立碰撞过程中接触点切向速度的微分方程．利用相平面的奇点理论对碰撞过程中切向滑动的全局性态作定性分析，并导出切向滑动的解析积分．     

Drift of spheres in a rotating fluid

The drift of spheres in a rotating fluid is investigated. The problem is studied experimentally and numerically using the Galerkin method. It is shown that for small angular velocities of the fluid Ω the drift velocity of the spheres is almost independent of Ω, but once a certain threshold value Ω_* is attained the drift velocity rapidly decreases. The experimental dependence of the translational velocity of the sphere on the fluid angular velocity is explained on the basis of a theoretical analysis.     

鞍马全旋运动的动力学

本文从经典力学观点讨论人体在鞍马上的全旋运动,理想化的全旋运动要求人体以不变的章动角作匀速进动,同时绕纵轴朝相反方向自旋,以保证在运动过程中始终面向前方。文中规定一种带特殊完整约束条件的刚体规则进动作为这种运动的理想模式,并利用人体的多刚体模型分析鞍马上的直体全旋及托马斯全旋的运动规律,导出肩关节支撑力及肌肉控制力矩的计算公式。