三浮陀螺仪径向有源磁悬浮位置检测建模与优化设计

针对三浮陀螺仪有源磁悬浮系统位置检测精度低,制约了陀螺浮子高精度悬浮目标的实现,陀螺精度的进一步提升受到了限制这一问题,结合陀螺磁悬浮的应用环境和结构特点,建立了八极式外转子径向磁悬浮元件的位置检测数学模型。基于该模型对元件设计的核心参数绕组匝数、定子外径、零位气隙等进行了优化,使元件在-15～15?m区间内位置检测灵敏度提高了23%,非线性误差降低16%。在此基础上对有源磁悬浮的控制算法进行了调整。仿真与实验结果表明优化后径向磁悬浮输出力学性能有所提升,在输出轴向上和马达轴向上两种姿态下陀螺固定位置漂移平均减小30%～50%,提出的建模与优化设计方法有效地提高了三浮陀螺精度。     

基于双环单轴光纤陀螺仪的3位置寻北方法

光纤陀螺寻北仪的寻北精度与光纤陀螺仪的精度及其在单位置处的采样时间长度直接相关。针对传统单环单轴光纤陀螺4位置寻北方法的寻北精度受限于光纤陀螺仪精度和单位置采样时间的问题,提出了一种采用双环单轴光纤陀螺仪的3位置寻北方案。首先设计了一种双环单轴光纤陀螺仪。其次,基于双环单轴光纤陀螺仪,提出了一种旋转0、90、180的三位置寻北方法,推导出了航向表达式。最后,对所提方法进行了实验验证。实验结果表明,在相同单次寻北时间下,相比传统的单环单轴光纤陀螺仪4位置和2个正交放置的单环单轴光纤陀螺仪2位置寻北方法,采用所提出的方法,寻北精度分别提高了40.74%和21.95%,具有明显的精度和成本优势。     

静电陀螺仪光电信号器

空心转子静电陀螺仪通常采用光电信号器进行动量矩位置信息的读取。光电传感器的分辨率、零位噪声和光轴稳定性对陀螺漂移精度和长期工作稳定性有直接影响。本文对静电陀螺仪光电信号器工程实践中的有关理论和技术问题作了较为详细的论述。     

二自由度气体动压轴承转子陀螺仪的稳定问题

1、二自由度陀螺仪锥型涡动的运动方程 图1是二自由度陀螺仪示意图,图2是转子和轴的相对位置图。假设转子是外转子,轴和陀螺框架固连。一般二自由度陀螺仪外框架质量和转动惯量都远小于内框架的质量和转动惯量,而內框架相对于x轴是接近于轴对称的,因而可以近似地认为内框架相对于z_1轴的转动惯量等于内外框架相对于y_1轴     

有源磁悬浮的设计和应用

本文首先论述了有源磁悬浮在国内外的发展状况和趋势,接着论述采用有源磁悬浮的目的和对有源磁悬浮的要求,并对时分式直流反馈有源磁悬浮的工作原理、磁悬浮元件、磁悬浮系统的稳定性、时分模拟开关以及对反馈回路的方案进行了分析。实验结果表明,有源磁悬浮应用于陀螺加速度计对仪表精度的提高起到了关键性作用。     

液浮陀螺仪浮子迟滞试验检测方法

由于液浮陀螺仪常规测试方法偏重于正常陀螺性能参数的测试以及试验条件脱离实际使用状态,常使存在缺陷的陀螺无法准确筛选出来.为了弥补液浮陀螺仪常规测试方法不足,提高陀螺仪的检测可靠性,在常规试验的基础上增加了浮子迟滞试验.对浮子迟滞试验检测技术从试验机理和技术实现上进行了较为详细的分析和研究.在力矩反馈测试系统反馈放大器的输入端施加高精度三角波信号,在陀螺仪浮子沿输出轴在选定的角度范围内周期性缓慢匀速摆动过程中完成了陀螺力矩、阻尼力矩、角弹性力矩、常值干扰力矩及摩擦型干扰力矩的检测.利用浮子迟滞试验技术在液浮陀螺仪多余物检测以及最佳工作温度优选方面取得了很好的实用效果,是提高陀螺仪性能检测可靠性和故障定位准确性的一种关键检测技术.     

数字式有源磁悬浮技术

介绍了数字式有源磁悬浮的应用背景和数字式有源磁悬浮的工作原理、元件结构设计、力的计算方法。实验证明，采用数字式有源磁悬浮技术提高了陀螺仪的精度，对陀螺仪性能的提升起到了关键的作用。     

一种提升三浮陀螺标定快速性的磁悬浮结构优化设计

针对三浮陀螺在单表测试和惯性平台标定过程中陀螺姿态变化时浮子跑动距离远、等待恢复时间长而影响平台标定快速性的问题,提出了一种提升三浮陀螺标定快速性的磁悬浮结构优化设计。在分析浮子的运动规律的基础上建立了浮子动力学模型和径向磁悬浮最小电磁力设计模型,并在现有约束条件下对径向磁悬浮进行电磁结构优化,提升其力能特性。实验结果表明,优化后浮子跑动距离由5μm减小到0.2μm以内,浮子回中等待时间由60 s缩短至10 s以内。在相同的标定环境下,陀螺姿态变换到位置后120 s开始采数,标定精度同比提高了约1个数量级,预计可以节约平台标定等待时间6～8 min,有效提高了三浮陀螺仪的标定快速性。     

静电陀螺监控器的导航方程和自对准

本文介绍了几何式静电陀螺监控器的基本结构、工作原理和导航方程；并着重介绍了静电陀螺监控器的自对准。由于几何式静电陀螺监控器的工作特点，在对准时，只需精确的位置座标而不需要航向信息。根据极轴陀螺的动量矩轴绕地球极轴的圆运动，用卡尔曼滤波技术对陀螺框架上的角度传感器输出进行数据处理，即可估计航向角和极轴陀螺的动量矩轴相对地球地轴的初始偏差角。     

低温超导核磁共振陀螺仪模型

建立了单工作物质的三自由度3He低温超导核磁共振陀螺仪结构;利用了量子力学和经典动力学,经过严密的力学分析和数学演算,给出了三轴陀螺仪的工作原理和结构示意图;针对陀螺仪的交叉轴角速率耦合问题,给出了附加磁场线圈解耦法和冗余设计结构,最后建立了基于超导量子干涉仪探测磁矩,并采用最小二乘估计法来推导陀螺进动频率.陀螺仪测速范围可以达到10-9～103 rad/s,漂移为10-4 (°)/h.该陀螺仪结合低温超导技术具有高精度的前景.需要进一步对超导量子干涉磁矩检测仪的精度与陀螺性能进行研究.     

H调制陀螺监控高精度惯性导航系统

对于由单自由度液浮陀螺仪构成的平台式惯性导航系统,H调制陀螺监控技术可以同时对三个导航陀螺分别进行监控和漂移自补偿,它采用北向和方位H调制陀螺监控方案,在惯性平台台体上加装北向和方位监控陀螺,对北向和方位导航陀螺进行监控,实现误差自补偿。监控陀螺采取力反馈工作方式,其输入轴与相应导航陀螺的输入轴同向平行。通过改变监控陀螺电机的转速,使其周期性工作在不同的动量矩H值上,并保证不同H值之间监控陀螺调制漂移的稳定性。根据不同H值下的监控陀螺输出,即可解算出相应导航陀螺的漂移并随时加以补偿。经过室内试验、码头系泊试验和海上航行试验的考核,结果表明,H调制陀螺监控高精度惯性导航系统其定位误差最大值≤1.50 nmile/72 h,CEP≤0.90 nmile/72 h,系统重调周期可以延长至3～5昼夜。     

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。     

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。     

陀螺仪温度模型建模方法介绍

本文简单介绍陀螺温度特征试验系统及陀螺仪温度模型的建模方法。陀螺在温度试验箱内，温度范围为—４０℃～＋６０℃，用１１个温点进行六位置试验及速率试验。根据测试数据，建立陀螺常值漂移、标度因数及与ｇ有关项漂移系数的温度模型。模型采用一元线性回归方程，对建模结果进行了分析和讨论，并对今后的工作提出一些设想。     

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。     

单自由度磁浮陀螺寻北仪的控制及分析

提出了一种结构简单的新型磁悬浮寻北仪,建立了电磁轴承约束的单自由度陀螺罗盘的数学模型,讨论了陀螺框架轴在弹性约束下偏离铅垂方向对寻北精度及定向时间的影响。采用动态补偿器使磁浮轴承系统稳定工作,并通过适当选取控制策略,有效地降低了由于框架轴运动而造成的寻北误差,并解决了可能出现的转子轴轨迹发散的问题。仿真结果表明,该磁悬浮寻北仪具有明显优于现有寻北仪的性能,当寻北时间为40 s时,定向误差小于2.3081×10?11 rad。     

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。     

一种振动轮式微机械陀螺仪的特性研究

微机械惯性仪表具有成本低、可靠性高、体积小、重量轻等优点,国际上已有许多报导[1]-[5].我们研制了一种振动轮式微机械陀螺仪[6].本文主要针对这种微机械陀螺仪的特性进行研究:设计和研究了陀螺的检测系统、检测轴固有频率补偿回路,推导出了此类陀螺检测输入角速度的灵敏度、开环和闭环传递函数、交流反馈控制提取同相分量和抑制正交分量的原理,以及闭环控制改善动态测量频带的方法.本文的最后给出了该陀螺原理样机的初步试验结果.     

基于拉格朗日插值的光纤陀螺时延补偿方法

针对光纤陀螺存在时延环节而影响了光纤惯组的导航位置精度的问题,从陀螺仪原理出发,分析光纤陀螺仪时延产生的机理以及不同方向陀螺仪时延特性与导航位置精度之间的关系。在此基础上,提出了基于拉格朗日插值的时延补偿方法,通过拉格朗日插值运算得到当前时刻的对准信息,从而实现了三个方向的陀螺仪输出的时间配准。通过仿真和多自由度导航试验验证,证明了该方法的正确性和有效性,该方法易于实现,通过补偿导航位置精度提高了21%。     

挠性联结双陀螺体永久转动的稳定性和分叉

本文讨论无力挠性联结双陀螺体永久转动的稳定性。在确定条件正在存亡不久转动轴位置偏离重合的陀螺体对称轴的分叉现象。应用能量衰减法分析此非线性系统，导出正常状态永久转动的解析形式稳定性判据，对几种特殊情形，证明正常状态永久转动的不稳定条件同时也是分叉存在的充分条件。