在ESS中嵌入滤波器实现转子电场恒速的系统设计方法

对于空心大球转子静电陀螺仪,转速接近静电支承系统(ESS)的剪切频率,一般采用磁场恒速控制方法,因而介绍了一种电场恒速控制方法,通过在支承电路中加入滤波器,来提高支承系统的力矩系数,从而利用支承系统构成了恒速控制系统。实验结果表明,系统的稳定性满足要求,恒速精度优于0.1Hz。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

静电悬浮天基超静平台电容式检驱一体化电路设计方法

电容式检驱一体化电路是静电悬浮式天基超静平台的关键技术之一,为实现对大型载荷平台的宽频微振动控制,要求电容式检驱一体化电路具有兼容高频高压反馈驱动的特性。以星载静电悬浮加速度计中的电容式检驱一体化电路为基础,详细推导了检测与驱动对电路输出的传递特性,并基于传递特性的理论分析分别从频域和时域提出两种解耦降噪的设计方法,有效抑制了驱动信号的线性/非线性耦合干扰。实验结果表明,所提方法可使主频为1 kHz、幅值为1 kV的驱动造成的耦合影响低于76.3μV。     

三轴硅微静电加速度计的实验研究

静电加速度计依靠可控静电力将敏感质量无接触地悬浮在电极腔内,在空间微重力环境下通过降低带宽和量程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、环形敏感质量、体硅加工工艺的三轴硅微静电加速度计,对加速度计的力/力矩平衡回路进行了分析.采用基于DSP的数字控制器,实现了环形敏感质量的五自由度稳定悬浮,在大...     

星载静电加速度计加转回路建模与分析

新型等效原理实验通过检验两个相同材料但自旋运动有显著差异的宏观物体的自由落体运动来验证等效原理可能存在的破坏。根据新型等效原理空间实验的科学目标,提出了一种星载差分静电加速度计方案,设计了基于可变电容式电机原理的静电加转回路;在分析了作用于转子上的静电加转力矩、残余气体阻尼及磁场阻尼的基础上,建立了转子加转回路的动力学模型并进行了仿真分析;仿真结果表明,启动过程使转子达到目标转速(10 000 rpm)的启动时间为9.8天。静电加转方法可在电极筒上同时配置加转电极与悬浮电极,结构紧凑,同时避免了传统的异步电机加转产生的电磁干扰。     

直流静电悬浮系统的实验研究

正负对称输出的直流高压放大器和直流高压电源是直流静电悬浮系统的两项关键技术问题,本介绍了我们的这两项研究成果,以及在此基础上构建的直流静电悬浮实验系统和相关实验结果。     

Modified Particle Detachment Model for Colloidal Transport in Porous Media

Particle detachment from the rock during suspension transport in porous media was widely observed in laboratory corefloods and for flows in natural reservoirs. A new mathematical model for detachment of particles is based on mechanical equilibrium of a particle positioned on the internal cake or matrix surface in the pore space. The torque balance of drag, electrostatic, lifting and gravity forces, acting on the particle from the matrix and the moving fluid, is considered. The torque balance determines maximum retention concentration during the particle capture. The particle torque equilibrium is determined by the dimensionless ratio between the drag and normal forces acting on the particle. The maximum retention function of the dimensionless ratio (dislodging number) closes system of governing equations for colloid transport with particle release. One-dimensional problem of coreflooding by suspension accounting for limited particle retention, controlled by the torque sum, allows for exact solution under the assumptions of constant filtration coefficient and porosity. The explicit formulae permit the calculation of the model parameters (maximum retention concentration, filtration and formation damage coefficients) from the history of the pressure drop across the core during suspension injection. The values for maximum retention concentration, as obtained from two coreflood tests, have been matched with those calculated by the torque balance on the micro scale.     

静电悬浮转子微陀螺微位移数字化电容检测通道设计

微位移检测是实现静电悬浮转子微陀螺闭环起支和稳定悬浮控制的重要前提。针对微陀螺轴向起支和悬浮的检测要求、特点及主要技术指标,设计了完整的电容式微位移检测通道。该通道主要由前置C/V转换、差动放大、四阶压控电压源有源带通滤波、相敏解调、四阶Butterworth低通滤波和16位A/D转换等环节组成,具有激励带宽大、检测精度高及数字化输出等特点。试验表明,检测通道的灵敏度为1.4V/pF,线性度为2.11%,微位移检测分辨力优于10nm,能够满足微陀螺轴向起支和稳定悬浮的检测要求。     

悬挂减振原理在图书馆书库设计中的应用分析

 应用悬挂减振原理，在图书馆书库设计中将书架设计成悬挂体系， 通过结构体系的时程分析和谱分析得出，该方法较一般的书库设计方法 有明显的减振效果，还可减少楼板荷载，减少楼板厚度，有良好的应用 价值.