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。     

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。     

小型静电陀螺仪静电场基本干扰力矩分析

推导了采用装配式电构结构的小型静电陀螺仪静电场基本干扰力矩计算公式,进行了仿真计算,并分析了转子的谐波、转子线位移、支承回路放大系数,转子极轴相对于电极坐标系的偏称对干扰力矩的影响,其结果对小型静电陀螺仪的设计与研制具有参考价值。     

静电陀螺转子位移测量电路的研究

—静电陀螺转子位移测量电路是静电陀螺支承系统的重要部件。它直接影响转子在电极球腔中的失中度，从而导致陀螺漂移。因此在温度变化及电磁干扰情况下，必须提高测量电路的分辨率和零位稳定性。本文在理论分析和实验研究的基础上，提出参数优化设计方法和模块化结构设计。实验结果表明所研制的电路性能良好，工作稳定度达到了高精度静电陀螺仪的要求。     

基于静电悬浮转子的硅微陀螺技术

设计了一种转子采用五自由度静电悬浮的微机械陀螺。微陀螺基于玻璃-硅-玻璃键合的三明治结构、环形转子、体硅工艺、电容式位移检测方案;采用公共电极施加高频激励信号,基于隔离网络和频分复用的方法实现检测电极与加力电极的复用以简化陀螺结构;通过有源静电悬浮系统约束环形转子沿五自由度的运动,并提供足够的支承刚度;转子的转速控制基于三相可变电容式电机驱动方式,借助于检测转子与定子旋转电极的电容变化获得转子速度以实现转速闭环控制。目前已加工出基于深反应离子刻蚀工艺的微结构,采用基于DSP的数字控制器实现了环形转子的五自由度稳定悬浮。     

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。     

小型静电陀螺电极划分方式对转子电位及陀螺精度的影响分析

就小型静电陀螺电极划分方式对转子电位的影响进行了理论分析及仿真,并深入研究了转子的非零电位对陀螺精度的影响,为小型静电陀螺电极结构的设计提供了理论依据。     

静电悬浮转子微陀螺及其关键技术

静电悬浮转子微陀螺具有比振动式微陀螺精度高的潜在优点，并可同时测量二轴角速度和三轴线加速度。介绍了静电悬浮转子微陀螺的研究现状。对该静电悬浮转子微F1螺／加速度计的工作原理、特点进行了分析，并对实现高精度静电悬浮转子微陀螺／加速度计晌关键技术如静电稳定悬浮、微位移检测控制、静电恒速旋转驱动、微机械加工和真空封装技术等进行了探讨。指出这一新颖MEMS陀螺是高精度多轴集成微惯性传感器技术发展的一个重要方向，具有广阔的应用前号和较大的发展潜力。     

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。     

静电陀螺仪MUM小角度读取的相关技术研究

讨论了同步解调法实现静电陀螺仪质量不平衡调制（MUM，Mass-Unbalanced Modulation）小角度读取的原理，分析了影响读取分辨率的各种因素，并对其实施方案中的相关技术进行了探讨。研究表明，尽管MUM读取方案非常适用于实心转子静电陀螺仪，但前提是将其小角度读取的分辨率提高到可与光电方法相比的水平（角秒级）。要实现这一目标，首先要保证转子和电极的机械特性达到一定要求；在此基础上，还要在支承系统的结构、转子位移测量电路设计等方面进行精心设计。     

一种赤道刻线静电陀螺仪主动阻尼控制方案及其实验研究

提出一种采用转子赤道刻线，利用赤道光电传感器的输出来控制阻尼力矩方向的半球施矩主动阻尼控制方案。在气浮装置上用大球转子进行了模拟试验。试验表明该主动阻尼控制方案可在大范围内对转子进行阻尼，大大减少了阻尼时间。中对大球转子及实心转子主动阻尼结果进行了对比分析，表明对于实心转子ESG，赤道刻线主动阻尼方案能将阻尼时间减少到被动阻尼的10％。     

迷宫密封转子系统非线性动力稳定性的研究

研究迷宫密封对转子系统动力稳定性的影响，迷宫密封的气动力采用Muszynska非线性力模型，计算了单盘Jeffcott转子非线性动力学特性。对Jacobi矩阵的分析表明，在密封力的影响下，转子达到一定转速后开始失稳，发生Hopf分岔，进入周期涡动状态，涡动幅度随转速的提高而增大，提高到一定程度，密封和转子发生碰摩，采用Runge-Kutta法数值模拟了转子的轴心轨迹。最后分析了迷宫密封的物理和结构参数对系统运动特性的影响。     

A dielectrophoretic study of the carbon nanotube chaining process and its dependence on the local electric fields

The chaining process of a system of interacting carbon nanotubes (CNTs) under an alternating current electric field is investigated at two regions of different electric field characteristics. For the region of uniform electric field (far from the electrodes), a two-dimensional multiparticle approach based on the dielectrophoretic (DEP) theory and classical mechanics is proposed to investigate the CNT rotational and translation motion. For this scenario, CNT rotation and alignment along the electric field direction occurs first, followed by the translation and chaining processes which were found to be highly dependent on the CNT-to-CNT initial configuration. On the other hand, the presence of high electric field gradients governs the CNT chaining at regions near the electrodes. DEP forces caused by such gradients were computed by finite element analysis and compared to the magnitude of the CNT-to-CNT interacting forces at zones of uniform electric fields. A critical distance of CNT-to-CNT separation was estimated, which determines if a CNT is attracted towards the electrode or if it is attracted by other CNTs away from the electrodes. Experimental evidence of CNTs dynamic motion under electric fields is presented to support the predicted trends.     

可倾瓦径向滑动轴承支承的转子系统瞬态响应计算

研究了可倾瓦径向滑动轴承支承的转子系统瞬态响应的计算方法,提出了可倾瓦径向滑动轴承非线性滑膜力计算的数据库方法,将可倾瓦与轴颈的结构和运动参数归结到三个参数中,建立了起可倾瓦的非线性油膜力数据库,通过精确插值到每一运动参数组合下轴承提代的油力和轴瓦上所受的油膜力矩。     

电动桥式起重机负载升降过程的系统动力学模拟

从系统的角度考虑电动桥式起重机起升机构工作过程中的动力学模拟问题。首先,由系统的拉格朗日函数、约束条件和电机的磁共能定义修正的拉格朗日函数;随后,应用Hamilton原理和三相感应电机瞬态模型得出起升机构工作过程中电动桥式起重机系统的运动方程。为验证模型的效果,本文还进行了转子串电阻速度控制系统控制下的32t电动桥式起重机吊运额定负载下降过程的数值模拟,分析了高速浮动轴扭转刚度以及制动过程中转子电阻的配置方案对系统动力响应的影响。模拟结果表明,制动过程中起升机构高速浮动轴所受载荷远大于起动过程中所受载荷,制动开始时在电机转子电路中增加一级较大的外串电阻有利于减小下降制动阶段系统中的动载。     

On the nonlinear oscillations of a horizontally supported Jeffcott rotor with a nonlinear restoring force

This paper deals with the vibration analysis of a horizontally supported Jeffcott rotor system. Both nonlinear restoring force and the rotor weight are considered in the system modeling. The model shows a small difference between the natural frequencies of the vertical and horizontal mode. The multiple scales perturbation technique is utilized to obtain a second-order approximate solution at the simultaneous resonance case. The bifurcation analyses are conducted. The stability of the obtained solution is investigated by applying Lyapunov first method. The influences of all the parameters on the system behavior are explored. The Effect of both the negative and positive values of the nonlinear stiffness coefficient is studied. At the large rotor eccentricity, the analysis revealed the following: (1) the existence of three different stable solutions in an interval of the rotational speed. (2) The disk exposed to two consecutive jumps if its speed crossed the resonant speed. (3) For a soft spring, localized and nonlocalized oscillation in both the horizontal and vertical mode occurs. (4) For a hard spring, nonlocalized oscillation occurs in the two directions in addition to the localized motion in the vertical direction only (5) The system is very sensitive to initial conditions. Then, numerical simulations are performed to confirm the accuracy of the approximate results. It is found that the predictions from the analytical solutions are in a good agreement with the numerical simulations. Finally, a comparison with previously published work is included.     

具有封严蓖齿转子系统的动力稳定性分析

封严蓖齿的气弹力对转子系统的稳定性起重要作用，本文建立了具有封严蓖齿的转子系统动力稳定性的分析方法，该方法利用传递矩阵法建立系统的主导方程，将封严蓖齿的气弹力以等效刚度及等效阻尼系数的方式引入转子系统的主导方程，用数值积分法解主导方程，求得系统的动力特性，根据扰动解判断系统的稳定性。本文所建立的分析软件，也可计算转子系统的不平衡响应、临界转速、突加不平衡响应等。文中对一模型转子进行了算例分析。     

Effects of axial preload of ball bearing on the nonlinear dynamic characteristics of a rotor-bearing system

This research studies the effects of axial preload on nonlinear dynamic characteristics of a flexible rotor supported by angular contact ball bearings. A dynamic model of ball bearings is improved for modeling a five-degree-of-freedom rotor bearing system. The predicted results are in good agreement with prior experimental data, thus validating the proposed model. With or without considering unbalanced forces, the Floquet theory is employed to investigate the bifurcation and stability of system periodic solution. With the aid of Poincarè maps and frequency response, the unstable motion of system is analyzed in detail. Results show that the effects of axial preload applied to ball bearings on system dynamic characteristics are significant. The unstable periodic solution of a balanced rotor bearing system can be avoided when the applied axial preload is sufficient. The bifurcation margins of an unbalanced rotor bearing system enhance markedly as the axial preload increases and relates to system resonance speed.