控制力矩陀螺框架伺服系统的超低速测速方法

在超低转速下,有限的转速测量分辨率是影响控制力矩陀螺框架伺服系统控制性能的一个重要因素.在分析转速分辨率对超低速控制性能影响的基础上,提出了一种基于多周期后向差分的转速计算方法,可提高测速分辨率并保证测速带宽.针对后向差分带来的相位延迟会限制测速分辨率进一步提高的问题,在选取合适的差分周期基础上,采用Kalman预估器对框架转速进行预估,进一步提高了框架转速的测速分辨率及测速带宽.通过仿真表明,所提出的测速方法将转速分辨率提高了两个数量级,解决了框架伺服系统在超低转速下由于有限的转速测量分辨率造成的爬行现象.     

大画幅等待式转镜分幅相机研制及应用

采用共轴设计理论和控制离焦相结合的方法,研制了大画幅等待式转镜分幅相机,画幅尺寸达到 了30mm18mm,动态目视分辨率35mm-1,总画幅数80,摄影频率1104~5105s-1。高速转镜部件采 用光纤传感器系统实现转速信号的产生和传输,避免了高速直流电机对转速信号的干扰,确保了测速准确度。 研制的相机在爆轰物理和冲击波物理实验研究中,得到了满意的结果。     

闭环加速度计的控制数字化分析

加速度计实现数字化有利于系统集成,但随之引入的延时和量化噪声会影响系统的控制稳定性及测量分辨率。为保证闭环系统数字化后仍具有足够稳定裕度,分析出了延时的主要来源为离散化引入的等效时延和检测与控制的不同步,并得出其对系统稳定性的定量化影响。研究了采样频率及量化噪声对输出的影响,提出利用过采样的方法可以有效减小量化噪声对闭环系统输出的影响,从而可提高系统的检测分辨率。最终,建立了进行数字化控制器采样频率的定量化选择依据。用Matlab/Simulink进行了仿真并进行了实验研究,仿真结果及实验结果与理论分析能较好吻合。     

基于DSP和ML4428无刷直流螺电机锁相稳速控制的研究

提出了一种新的基于数字信号处理器（DSP）TMS320LF2407A和专用驱动芯片ML4428的陀螺用无位置传感器无刷永磁直流电机（BLDCM）稳速控制系统。它采用芯片ML4428实现无刷直流电机速度控制系统中的反电势检测、换相和功率驱动，并使用数字信号处理器TMS320LF2407A作为控制处理器，实现了电机的起停控制、转速给定，转速检测。它还采用了锁相环技术和积分分离的PID控制算法，大大提高了系统的控制性能和可靠性。     

惯性动量轮用高速高效无刷直流电机数字控制系统的应用研究

研究了基于DSP和MC33035组成的高速高效无刷直流电机的数字控制系统。DSP实现控制算法,MC33035完成有位置传感器无刷直流电机的换相控制和功率器件的驱动。该系统能实现对高速惯性动量轮电机(最高转速30 000 r/min)的驱动。采用软件锁相环算法后,转速控制精度可达0.02%,并具有较高的效率和可靠性。     

硅微机械陀螺仪频率调谐控制系统设计

硅微机械陀螺结构的驱动和检测模态谐振频率差(Δf)是决定其结构机械灵敏度的主要因素,当Δf≈0时,陀螺结构处于频率调谐状态,此时陀螺的机械灵敏度达到最大峰值且噪声和分辨率等指标可得到有效提高。提出了一种基于正交信号和驱动位移相位差的鉴相控制方法,以判断陀螺结构是否处于频率调谐状态,并通过调节检测模态刚度达到频率调谐目的。首先,介绍了陀螺结构检测模态谐振频率调节的原理,并结合结构参数量化分析了频率调节范围。其次,分析了鉴相控制方法,并在其基础上设计了频率调谐控制系统,建立了整机系统模型,并对其进行了稳定性分析。最后,结合整机模型进行了仿真,采用所提出的方法可实现(Δf)的快速、稳定、自主调节,系统的标度因数指标调谐前后分别为13.1 m V/(°/s)和220.6 m V/(°/s),大大提高了结构的机械灵敏度,验证了设计方案。     

三轴飞行模拟仿真转台的设计及控制问题研究

论述了三轴仿真转台的总体设计布局，驱动元件及控制方案等问题，分析了影响转台控制系统性能的因素并提出了相应的解决措施。最后，对转台最重要的指标之一低速问题进行了详细的探讨。     

无位置传感器无刷直流电动机起动新方法

针对无刷直流电机在静止和低速状态下检测转子位置困难,提出了无刷直流电机采用无位置传感器控制策略时转子位置检测的一种新方法。基于定子电感是转子位置的函数,用该方法推导出三相无刷直流电动机在两相通电工作方式下的等效电感,并用简单的电子电路实现直流无刷电机无位置传感器的驱动控制。经实验验证,此方法对凸极无刷直流电动机起动是可行的。     

具有六弹簧弹性支承悬臂离心机的整机平衡原理和方法

本文叙述一种具有六弹簧弹性支承悬臂离心机的一种快速整机动平衡技术的原理和方法。本文提出的方法系根据模态平衡原理，但并不需要预先获得各阶模态曲线。本文还叙述了单测点平衡以及同时进行高、低速平衡的原理和方法。经此方法平衡后的离心机，能在整个操作转速的范围内平稳地运转。     

激光测速数字相关信号处理器的研制

激光多普勒测速是当代流速测量技术中最具有实用价值和得到广泛应用的技术。多普勒信号处理器在整套测速系统中起着十分关键的作用。为赶超国际先进水平，本文作者独立研制开发出一种新型信号处理器。该处理器采用数字相关原理，对每个多普勒波群直接完成波群检测和自相关处理，得到其频率值。处理器与微机组成一体，各种参数的设置和控制全部采用软件。实测和应用表明，该信号处理器具有抗噪声能力强、功能完善、结构紧凑、成本低等优点，为实现智能化的信号处理和数据处理结合的激光测速系统创造了条件。     

用于新型等效原理空间实验检验的静电加速度计设计

等效原理是爱因斯坦广义相对论的基本假设之一,在更高精度上检验等效原理是否成立可以预言新型基本相互作用力。新型等效原理是我国科技工作者提出的一种假设,通过检验两个相同材料但自旋状态不同的宏观物体的自由落体运动来检验等效原理可能存在的破坏。提出了一种面向空间检验新型等效原理的差分静电加速度计设计方案,给出了地面实验用原理样机的结构设计,对结构模态和温度应力进行了有限元仿真;依据支承刚度和量程约束条件,对径向和轴向静电支承控制回路进行了设计和仿真分析;建模分析了高真空下转子静电加转驱动回路的主要性能,仿真结果表明启动过程中达到目标转速(10~4 rpm)的启动时间为36.9 min。     

慢周期性流动中毕托管和热线测速的对比

本文采用微机控制调速系统控制低速风洞,在风洞内获得流速按周期性变化的气流.用毕托管和热线风速仪同时测量风洞内按周期性变化的气流速度.毕托管所测结果与热线测得结果相比有较大的相位滞后和振幅衰减.本文分析了毕托管的动态响应特性,采用一阶传递函数对毕托管测速系统的动态特性进行描述,并确定了测速系统的惯性时间和纯滞后时间.     

验证石英加速度计误差模型的火箭橇试验

火箭橇试验具有产生大过载、高速度、强振动和冲击等综合条件的能力,可以在综合环境条件下对惯性测量装置的误差模型进行验证.文中主要针对高精度捷联系统中的石英加速度计,利用3Km火箭橇轨道,根据误差模型的特点以及误差系数的可观性设计了过载曲线和安装方式.分析了雷达测速不能满足外测精度的要求,对遮光板测速精度和定位精度分别进行了分析.遮光板测速对布点之间的最小距离有严格的限制,而定位的优点是对最小距离没有要求.从仿真结果来看,在外测采用遮光板时,测距精度对石英加速度计的误差系数分离置信度大于测速精度.因此,利用火箭橇试验验证石英加速度计误差模型时,应该采用遮光板的位置信息,遮光板的布点之间距离应尽可能小.     

动力子结构试验加速度振荡及其控制

考虑试件质量的实时子结构试验中,因为试验系统采用数字控制器,输入到物理试验系统的采样离散信号包含高频分量,所以试件的加速度响应出现高频振荡。研究了高频振荡产生的原因和控制高频振荡的方法。首先对物理试验系统建立传递函数模型,分析了高频振荡产生的机理。然后采用前置滤波和后置滤波结合的复合滤波方法来控制高频振荡。对纯质量和动力试件分别进行了阶跃输入和地震波加载试验仿真,结果验证了这种方法的优越性。最后,采用中心差分法对纯质量试件进行实时子结构试验仿真,验证了复合滤波控制方法的有效性。     

考虑转速影响的滚珠丝杠副摩擦系数计算与试验研究

针对目前滚珠丝杠副摩擦系数选取多以轴承经验值为依据的现状,基于滚珠丝杠副的结构特点建立滚珠与滚道的运动学及动力学模型,得到滚珠丝杠副摩擦系数与预紧力及摩擦力矩之间的关系,并推导出滚珠丝杠副摩擦系数计算公式.通过新型设计的预紧力可调机构可实现对双螺母滚珠丝杠副预紧力的任意加载与实时监测.利用该机构,结合摩擦力矩测量系统便可实现对滚珠丝杠副摩擦力矩和预紧力的直接测量,从而计算不同预紧力和转速下的实际摩擦系数.由于测量系统转速限制,试验在转速400 r/min以下的低速条件进行,最终得到摩擦系数随转速与预紧力的变化规律,并给出了滚珠丝杠副低速下摩擦系数的选用范围.通过试验得到合理的滚珠丝杠副摩擦系数取值对今后研究其摩擦特性有着重要的意义.     

浅水方程组合型超紧致差分格式

提出一族组合型超紧致差分格式(CSCD),对CSCD的数值特性作了分析,并同其他中心型差分格式进行比较。从定性角度,得出同阶中心差分格式中,CSCD格式的截断误差系数最小的结论。从定量角度,利用Fou-rier分析方法分析了CSCD格式的分辨率,并同其他中心型差分格式比较,得出CSCD格式有较高的分辨率的结论。把10阶CSCD格式应用于KdV-Burgers方程和浅水方程的数值模拟,给出两个应用算例。数值实验表明CSCD格式不仅有理论上的高精度,而且有良好的稳定性和收敛性。     

低速风洞微机控制闭环调速

本文提出一种用于调节低速风洞流速的测量及控制系统。该系统以微计算机为核心,不断采集风洞实验段的流速数据,并根据测量结果与指定值的比较去调节和控制风洞的电机转速,使风洞能准确地按指定风速运行或按予定的程序升速或降速,实现了低速风洞的闭环自动调速。本文给出了该系统的构成原理和性能实验结果。测试结果表明,本系统的超调量小于5％,稳态误差小于0.3％,调节时间小于50秒。     

检测信号非线性引起的全角半球谐振陀螺漂移模型

通过半球谐振子与电极所构成电容间距的改变来敏感驻波位置的方法会导致检测信号产生非线性失真,进而引起全角半球谐振陀螺产生漂移。针对这一问题,提出了一种用于描述这种漂移的数学模型,并进行了仿真分析。首先,详细阐述了电容变间距检测的原理,并分析了存在于检测信号中的非线性误差来源;然后,根据驻波位置的解调原理建立了检测信号非线性引起全角半球谐振陀螺产生漂移的数学模型;最后,通过转台实验和Simulink程序仿真分别验证了八次谐波信号的来源以及误差数学模型的正确性。实验结果表明,检测信号非线性会导致陀螺产生与角度八次谐波相关的误差项,当外界输入转速为400°/s时,八次谐波项归一化幅值为四次谐波项归一化幅值的14.52%。仿真结果表明,八次谐波误差的幅值与半球谐振子的振幅间距比呈高阶多项式正相关,与驻波的转速呈线性正相关。所提出的数学模型为全角半球谐振陀螺八次谐波误差的分析与补偿提供了理论依据。     

强地震作用下核电站控制棒下落时间分析

提出了核电站控制棒及驱动系统的力学模型及控制下落时间的计算方法,用显式差分格式计算各构件水平动力反应,并 二维和多点激励,计算结果表明,本文方法的计算结果与实验结果吻合得较好。     

非均匀介质弹性波动方程的不规则网格有限差分方法

从弹性波动方程出发，提出了一种新的空间不规则网格有限差分方法，并用于求解非均匀各向异性介质中的弹性波正演问题。这种方法简单易行，对于复杂几何结构，例如低速层、套管井和非平面界面等，在较细的不规则网格上进行离散，计算时间和占用内存更少。与多重网格差分方法相比，该方法不需要粗、细网格之间的插值，所有网格差分计算在同一次空间迭代中完成。具有复杂几何交界面的模型计算，包括地下透镜体、套管井眼等，在确定弹性常数和密度后，用不规则网格的差分方法更易实现。该方法使用了Higdon吸收边界条件解决人工边界反射问题，引入了新的稳定性条件和网格频散条件，很好地消除了非物理散射波。理论模型的效值计算表明，该方法具有良好的稳定性和计算精度，在模拟非均匀介质弹性波传播时，比相同精度的规则网格有限差分方法计算速度更快。该方法易于推广到非结构网格和三维问题中。