陀螺力矩为哥氏惯性力矩质疑

绕对称轴高速旋转的转子当旋转轴在空间中改变方位时所表现出的抗阻力矩,通常称为陀螺力矩.国内外不少陀螺力学著作,包括笔者在内,都将陀螺力矩解释为刚体各组成质点的哥氏惯性力的主矩.有些书中以荡圆盘转子为例进行验证.本文对此提出疑问.讨论一般情况下任意刚体绕定点 O 的转动.设刚     

控制力矩陀螺用主动电磁轴承数字控制系统设计与实现

讨论了以TMS320VC33为核心的数字控制系统硬件结构。针对磁悬浮控制力矩陀螺转子的大惯量、小跨距、扁平转子和高速旋转时的陀螺效应，采用积分分离和不完全微分PID加交叉反馈控制策略。实验证明，该系统能够有效地抑制高速转子的陀螺效应，达到控制力矩陀螺电磁轴承高速稳定运行的要求。     

单框架控制力矩陀螺输出特性分析

广泛用于航天领域的单框架控制力矩陀螺, 具有力矩放大效应的优点,其理论基础为有假设条件的力矩放大原理. 本文不局限于这些假设, 不限定工况,解析单框架控制力矩陀螺的输出特性. 考虑安装基座的运动,得到具有两维输入三维输出的单框架控制力矩陀螺力矩输出模型,提出将输出力矩分解为可调控与不可调控两部分. 为分析单框架控制力矩陀螺的输出特性,定义两个参数, 分别为输出输入力矩比和输出力矩利用率. 研究发现,单框架控制力矩陀螺不恒有力矩放大效应, 也不恒有高效的力矩利用率,两者与其状态密切相关. 最后,以含两个单框架控制力矩陀螺的航天器姿态机动任务为例,对非对角奇异鲁棒操纵控制和优化控制进行仿真,检验了单框架控制力矩陀螺输出特性对控制效果的影响. 同时,根据单框架控制力矩陀螺的三维输出特性, 借助一个单框架控制力矩陀螺的优化控制,实现了航天器的三轴姿态机动. 仿真结果显示, 在优化控制过程中,单框架控制力矩陀螺始终具有力矩放大效应和高效的力矩利用率.      

静电陀螺转子径向偏心干扰力矩分析

推导了静电陀螺仪转子径向偏心产生的静电场干扰力矩计算公式，计算分析了该干扰力矩产生的陀螺漂移，其结果对静电陀螺仪的设计与研制具有参考价值。     

静电陀螺电干扰力矩模型中有关问题的探讨

本文就静电陀螺支承电极的实际情况与理想条件下对电干扰力矩的影响和在全姿态读取时转子非球形参数耦合项与离心变形中高次谐波等引起的电干扰力矩进行讨论,给出了模型有关误差的仿真结果,指出在建立完整的电力矩模型和捷联应用时为确保陀螺的高精度必须考虑上述有关因素。     

自由进动陀螺章动阻尼分析

一、引言 旋转刚体(如陀螺转子、自旋卫星等)受到力矩的干扰或由于角动量矢量在惯性空间中方向的改变就产生章动运动。章动要影响陀螺或卫星的姿态和瞄准精度,必须阻尼掉。环形充液章动阻尼器是阻尼章动的器件之一。 旋转刚体与阻尼器质量的耦合运动方程是难以求解析解的。通常采用略去阻尼器质     

力矩析微

力矩是力学教学中最重要的基础概念之一,但教材中一般会同时给出力对点之矩和力对轴之矩两种定义,这在概念上容易引起学习者的困惑,尤其是空间问题中的力对点之矩,从物理意义的角度讲更是不易理解.本文在利用杠杆原理阐述力矩定义起源的基础上明确指出:力矩本质上即力对轴之矩,是力使刚体绕特定轴转动效应的一种度量,是滑动矢量;而力对点之矩是力对轴之矩的一种抽象的等价表述,是定位矢量,是力矩概念在复杂应用中的进一步发展.这种解释理清了力对点之矩与力对轴之矩两种定义之间的关系,物理意义明确直观,更有利于教学和实践中对力矩概念的清晰理解和准确应用.     

论陀螺的迴转稳定准则及其应用

本文以卡尔丹角为方位参量,建立了轴对称刚体(陀螺)永久转动情形的非线性稳定方程组。应用直接方法证明了具有完全耗散情形的陀螺迴转稳定准则:陀螺绕对称轴自由迴旋稳定的充要条件是转子呈扁形。这一准则不仅为陀螺仪设计提供理论依据,而且为飞行器用自旋稳定实现姿态控制提供理论依据。美国发射的Fxplorer-1号绕长轴自旋失稳和第一颗通讯卫星Syncon号绕短轴自旋取得姿态控制成功的事实都能依据这一准则得到合理解释。     

基于位置信号的三浮陀螺仪有源磁悬浮干扰力矩补偿方法

针对高精度三浮陀螺采用有源磁悬浮之后带来新的干扰力矩问题,提出了基于位置信号的干扰力矩补偿法。对有源模式下径向元件电磁模型进行了分析,得出磁悬浮干扰的直接原因为同一坐标方向的两个极下磁场不对称,定、转子几何中心偏移越大这种不对称性也越大。建立了磁悬浮干扰力矩常值部分和随机部分与定中位置、定中精度的关系数学模型,在陀螺测试输出中对其进行补偿。多次实验表明,引入该补偿算法后陀螺固定位置随机漂移精度平均提高了33%~42%,同时也提高了磁悬浮的定中精度,证明此方法有效。     

短路匝式传感器干扰力矩分析

短路匝式传感器带来的干扰力矩是引起陀螺仪随机漂移的重要因素之一,减小该项干扰力矩对提高陀螺精度能够起到重要的作用。本文利用电磁感应定律和磁路分析法对干扰力矩进行了推导,并通过Ansoft maxwell软件对短路匝传感器不同参数情况下的干扰力矩进行仿真分析,得出了转子转角、激磁电压和激磁频率对干扰力矩的影响关系曲线,最后合理选择参数以保证干扰力矩在精度允许范围内。该分析结果对减小短路匝传感器的干扰力矩和减小陀螺仪的随机漂移都具有一定参考价值。     

主动磁悬浮控制力矩陀螺的系统仿真

以刚体动力学为基础，考虑功放延时、转子不平衡、磁轴承非线性等因素，建立了磁轴承反馈控制控制系统模型，对不同的控制律进行了仿真分析。仿真结果表明，应用状态反馈进行解耦控制能够有效抑制转子系统的陀螺效应对系统稳定性的影响，且在初始偏差下可以快速线性收敛，稳定性很好。     

磁悬浮控制力矩陀螺的高速转子模态分析及实验研究

采用通用有限元软件包ANSYS7．0，建立了控制力矩陀螺结构的有限元模型，对磁悬浮飞轮转子组件以及陀螺整体组合结构进行了模态分析。通过与实验结果对比，验证了模型的合理性和精确性，指出了盘轴相对弯曲模态是系统工作带宽内的主要模态，也是影响飞轮转子系统稳定性的主要原因之一，必须进行有效陷波处理。分析结果为电磁轴承控制器参数的选取以及陀螺框架的设计提供了依据；采用ANSYS参数设计语言APDL建立的有限元模型也为下一步的优化设计奠定了基础。     

外环干扰力矩对陀螺加速度计测试精度的影响

摆式积分陀螺加速度计的外环干扰力矩包括仪表外环轴的摩擦力矩和交叉轴加速度引起的交变力矩。作者分析了引起摆式积分陀螺加速度计外环干扰力矩的主要原因,提出一种在高精度三轴测试转台上分离摆式积分陀螺加速度计外环干扰力,测试摆式积分陀螺加速度计精度的试验方法。该试验采用三轴转台中环转动速度随动摆式积分陀螺加速度计外环进动角速度,同时摆式积分陀螺加速度计陀螺摆的输出轴在整个试验中保持水平,从而分离仪表外环干扰力的方案。通过对试验数据进行分析,得出外环干扰力的存在影响了摆式积分陀螺加速度计测试精度,为改善摆式陀螺加速度计工艺以提高摆式陀螺加速度计的测试精度提供了依据。     

高速磁悬浮转子稳定性研究及其在控制力矩陀螺中应用

磁悬浮支承应用于控制力矩陀螺具有高精度，长寿命的优点。高速转子的陀螺效应导致的失稳制约了其在CMG中的应用，尤其是章动造成的磁悬浮转子高速失稳问题。该文分析了由于陀螺效应产生的章动造成系统失稳的根本原因，提出了控制系统的解决方案。研究结果表明，章动失稳的主要原因是系统的相位延迟造成的，尤其对数字控制系统，相位延迟更为严重，使用简单交叉解耦控制不能解决问题，需要对现有的控制器进行优化才能保证系统在高速下的稳定性。     

带三个挠性附件的充液陀螺系统的非线性运动稳定性研究

本文利用能量－－Ｃａｓｉｍｉｒ方法研究了带三个挠性梁充液陀螺系统在力矩状态下关于绕铅垂轴稳态转动的非一稳定性条件，该条件考虑了液体的涡旋、弹性梁的振动、陀螺主刚体的旋转以及流一弹－－刚之间的耦合，此外还考虑离心力与Ｃｏｒｉｏｌｉｓ惯性力的影。本文为带挠性梁的充液陀螺系统的运动稳定性设计提供了可靠的理论依据。     

静电陀螺监测器中静电陀螺仪的漂移误差模型

本推导了静电陀螺仪转子动量矩的运动方程,根据此方程并应用向量场理论,将造成静电陀螺漂移的外部干扰力矩划分为守恒力矩和非守恒力矩两部分。按照进动规律,最终得到静电陀螺监控器中陀螺仪漂移误差模型的全量形式。     

摆式陀螺经纬仪粗寻北的新方法

针对现有摆式陀螺经纬仪粗寻北方法存在的不足,提出利用检测陀螺力矩实现陀螺经纬仪粗寻北的新方法.推导了陀螺力矩对轴承的水平作用力与陀螺主轴方位角之间的数学公式,在地球自转角速度相对陀螺转子角速度非常小的情况下,对公式进行了简化和仿真运算.采用该方法改进了某型号陀螺经纬仪的粗寻北,实验表明在不影响陀螺经纬仪测量精度的前提下,简化了操作程序,缩短了测量时间.     

三浮陀螺磁悬浮干扰力矩机理分析

在三浮陀螺磁悬浮的干扰力矩研究方面,详细分析了磁悬浮干扰力矩的产生机理,对机加和装配误差、磁性材料的不理想、调试过程等可能造成的磁悬浮干扰力矩进行了定性分析和定量计算,推导出干扰力矩的表达式,并通过组合加工的方法对磁悬浮干扰力矩的力臂加以控制。目前的加工水平可以达到:径向磁悬浮干扰力矩1×10~(-8) N×m,对应的陀螺漂移8.4×10~(-2)(°)/h,随机分量4.2×10~(-6)(°)/h;轴向磁悬浮干扰力矩2×10~(-10) N×m,对应的陀螺漂移1.7×10~(-3)(°)/h,随机分量为8.4×10~(-8)(°)/h。     

静压气体球轴承支承球形转子的干扰力矩分析

中心小孔供气单向受载球面气体轴承可以用于球形转子的静平衡测量。对作用于转子上的干扰力矩进行估算是平衡装置设计的重要部分。本在一定假设条件下推导了由粘性剪切应力和气膜支撑力引起的作用于转子上的干扰力矩。干扰力矩以轴承包角、中心气室张角、气膜压力、转子转速、转子旋转轴位置、失中度、转子非球表示。以干扰力矩最小为准则分析了这些参数的影响，结论有助于静平衡装置的优化设计以及对精度的进一步分析。     

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.