静电支承球形转子的恒速控制

本讨论静电支承球形转子的恒速控制问题。首先,介绍静电支承系统的基本工作原理,其次,建立静电支承系统的动力学模型。第三,分析采用PID控制器的支承刚度,第四,阐述形成静电旋转力矩的原理。最后,提出利用静电力恒速的方案与基本限制条件。     

球形转子的精密恒速控制系统

讨论了静电支承球形转子的精密恒速控制系统，该系统主要基于旋转磁场加转和锁相控制。阐述了控制系统的组成，分析了鉴相器、PD控制、加转系统模型并加以线陛化，求出传递函数并分析特性，最后介绍了具体实验效果。     

静电悬浮球形转子的电场恒速方法

针对静电悬浮球形转子在真空腔中存在转速衰减的问题，研究并改进了一种电场恒速方法，分析了偏心转子的侧向摆动现象及由此产生的不平衡信号的特性，给出了电场恒速力矩的计算公式和限制条件。在此基础上，提出了改进后的球形转子电场恒速控制系统的结构和动态模型。理论分析和计算结果表明：改进后的电场方法能够在不影响系统整体性能的前提下实现各项恒速控制的性能指标。     

八电极静电陀螺支承系统的建模

八电极静电支承系统沿着四个非正交轴对转子施加静电力,这些作用力相互影响,因此需要对支承坐标进行垂直解耦。针对采用八电极方案的静电陀螺,给出了电极电容的计算公式和位移解算方法,推导了静电力计算公式,最后建立了八电极静电陀螺支承系统的模型并利用Simulink对系统进行仿真。仿真结果表明,在系统中加入解算矩阵和"3-4"变换矩阵后,可以使X、Y、Z三个轴向上对转子位移的控制相互独立,为转子的可靠支承奠定了基础。     

静电陀螺支承控制的自适应逆控制分析

静电陀螺的支承控制系统中由于不可避免地存在建模不准确及对象扰动,传统的控制器设计只能在系统动态控制与对象扰动消除之间折衷。根据自适应逆控制的结构,利用模糊径向基函数神经网络进行对象建模、逆对象建模和扰动消除建模,设计了带扰动消除的自适应逆控制的八电极静电陀螺支承控制器。仿真表明,该控制器可以同时提高控制的精度和鲁棒性,在保证支承系统动态性能的同时,大大抵消对象扰动的影响,克服传统控制方法的折衷缺陷,对静电陀螺的自适应逆控制器的工程实现具有重要意义。     

一种小型静电陀螺仪三位一体系统方案

在比较了国外两种小型静电陀螺仪方案的基础上，研究了一种小型静电陀螺仪质量不平衡调制信号读取、数字式支承和电场恒速三位一体工作系统方案。介绍了三位一体系统的工作原理，讨论了系统各组成模块的功能，对制约系统性能的关键因素作了相关分析。分析表明，在抵消变压器线圈阻抗匹配的条件下，可以忽略加力和信号读取之间的相互影响。     

硅微静电加速度计的支承刚度特性

静电加速度计通过降低带宽和量程在空间微重力环境下可以实现极高的分辨率。设计了一种采用玻璃-硅-玻璃"三明治"结构、平行六面体状检验质量、体硅加工工艺的三轴硅微静电加速度计,推导并讨论了静电支承回路的典型刚度特性与控制参数之间的关系式。采用基于DSP的数字控制器,实现了敏感质量的六自由度稳定支承,在大气环境下测试了静电支承回路的主要性能。分析与测试结果表明,在支承系统频带内,支承刚度特性与控制器参数及气膜阻尼系数密切相关;同时,改变预载电压可以在较大范围内在线调整加速度计的量程和支承刚度等指标。     

八电极静电陀螺仪的非线性建模及控制参数优化

考虑扰动作用下转子相对于电极腔中心可能存在较大范围运动,建立了八电极结构静电陀螺仪四轴斜坐标系下三阶转子-电极电容模型,同时结合转子在电场力和重力作用下的动力学模型,实现具有非线性特征的静电支承控制模型。在此基础上探讨了转子偏离电极腔中心时加力控制信号对位移测量信号的影响,并建立了基于抵消机制的位移测量模型。另外采用Simulink Response Optimization工具箱优化了控制器参教。离线仿真实验表明,设计的支承控制器在转子较大偏离电极中心时,仍能确保转子的定中性。     

基于可控式被动阻尼的静电陀螺仪启动控制系统

静电陀螺仪(ESG)的启动阻尼是一个转子最大惯性主轴与转轴对准的过程。采用直流磁场的可控式被动阻尼方法有效地解决了转子极性倒置问题。中介绍了基于可控式被动阻尼ESG启动控制系统的设计和研制，该系统以浮点DSP芯片TMS320C32为核心电路，具有转子阻尼、极性识别与控制、故障检测、转速测定、恒速控制和RS232通讯等功能。在气浮装置上证实了所研制的系统能有效实现上述功能。     

基于xPC Target的静电陀螺支承控制系统仿真

针对静电陀螺转子在电极腔内的运动特性,建立了具有负刚度特性的转子动力学方程。结合传统的3-4,4—3变换,建立了三路支承控制器,并采用MATLAB参数优化工具箱设计控制器参数。采用xPC Target及相应的接口电路建立了实时仿真平台,对支承控制系统进行实时仿真。实时仿真结果表明三路支承控制器能够对具有负刚度特性的转子运动进行有效控制。另外通过一个实际模拟电路验证了实时仿真平台的有效性,这对八电极小型实心转子静电陀螺的支承控制系统快速研制具有重要意义。     

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。     

硅微机械陀螺仪的新进展及其方案分析

介绍了国外硅微机械陀螺仪的新进展，综述了梳状驱动振动陀螺仪、压电棒式振动陀螺仪、电磁驱动音叉陀螺仪、振环陀螺仪、静电悬浮转于陀螺仗和微机械加速度计陀螺仪的结构、原理及性能。关键词     

Electrostatic effects on pressure drop in tube flows

Electrohydrodynamic effects on forced convection in tubes may have significant implications for enhancement of heat exchanger performance in heat pumps and other devices. Of particular concern in such applications is the possibility of increased pressure drop associated with electrostatic discharge. Large frictional losses could substantially increase the required pumping power, offsetting performance gains associated with improved heat transfer rates.

This articles describes a series of experiments designed to determine the effects of corona discharge on pressure fields for air flow in cylindrical tubes. Experiments were performed with a single concentric electrode in the tube and with two nonconcentric electrodes. Measurements were performed at potentials from the onset of measurable current to near the spark-over point and at Reynolds numbers from 10³ to 2 × 10⁴. Friction factors were seen to increase as much as 250 percent over the values obtained in the absence of an applied electric field. Results suggest that the electrostatic effect on pressure drop is very sensitive to current density, Reynolds number, and electrode configuration.     

静电火花法表征塑料导爆管起爆感度探索

提出了塑料导爆管轴向静电火花感度的概念、测试原理。用标准的静电感度测试仪配以一定结构的起爆针 ,建立了可用于导爆管感度测试的实验装置 ,采用升降法测出导爆管起爆所需静电能量并用它来表征导爆管的感度。用三种导爆管进行了感度测试 ,实验条件下其感度值E0 .50 分别为 0 .4 3、1.0 8、1.94J。     

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。     

静电微电机微转子接触动力学特性分析

提出静电微电机中转子和固定轴承间相互接触的数学模型，对微尺度下的接触应力和应变 特性进行理论推导，分析静电微电机几何参数、静电力、材料特性及加载电压对接触宽度、 应力和应变特性的影响，对比研究不同工况下接触宽度、接触应力和应变的变化，并就相同 的问题进行有限元分析，探讨摩擦系数对接触区von Mises应力、应变和接触压力 的影响，结果表明有限元模拟所得接触应力和应变分布与数学 模型的解析值较为相似.     

Electroelastic Characteristics of a Piezoelectric Transformer Plate

The expressions for the electrostatic induction and input admittance of a piezoelectric transformer plate are generalized     

微静电陀螺仪再平衡回路设计

微静电陀螺仪依靠可控的静电力,将高速旋转的陀螺转子稳定地悬浮在高真空的电极腔中心,是一种能实现两自由度角速率测量的新型微机电陀螺。针对大角度、高角速率的捷联式惯性导航系统应用,对陀螺仪再平衡回路进行了设计。讨论了陀螺仪的动力学特性,给出了补偿负刚度特性的方法,采用双频波特图对系统稳定性进行了分析,给出了再平衡回路的性能仿真结果。仿真与分析表明,陀螺仪允许的最大输入角速度为768(°)/s,标度系数为6.44mV/((°)·s-1)。     

静电悬浮用开关调制高压放大器的性能优化

受击穿场强限制,静电式仪表采用正弦波高压放大器不能满足过载能力的要求,为此研制出了一种出力系数大的开关调制式方波高压放大器。但在应用中发现,方波高压放大器存在功耗高和对位移测量电路干扰大的缺点。针对这些不足,采用研磨铁心截面、线包分段绕制和在调制信号中加入死区三种措施,显著降低了高压放大器的功耗和谐波干扰。测试表明,高压放大器优化后最大功耗降低了65.5%,而过载能力提高12.8%,同时对位移测量电路的干扰降至与正弦波高压放大器相同的水平。