太阳帆板驱动装置高分辨率转速测量方法

太阳帆板驱动装置(SADA)以极低转速实现对日定向功能,转速的不平稳对卫星产生姿态扰动。有限的位置或转速检测分辨率是SADA转速平稳控制的制约因素。针对SADA驱动系统采用旋转变压器角度直接差分方法进行测速存在测速分辨率较低的问题,提出了一种低速工况下的频率法测速及其FPGA实现方案,具有检测分辨率高的特点。对由此测速方法产生的时延约束,以及对SADA驱动系统产生的性能影响进行了理论分析。最后,搭建了SADA驱动系统的仿真和试验验证平台。仿真和试验结果表明,所提出的测速方法在SADA低速驱动场合具有更低的转速波动,较传统角度差分测速方法转速波动范围降低了60%以上。为SADA转速平稳控制奠定了基础。     

油膜支撑双盘转子-轴承系统周期运动稳定性与分岔

建立了考虑油膜支撑的双盘转子-轴承系统多自由度模型, 将与Newmark结合的延拓打靶法应用到多自由度系统的周期稳定性分析中. 主要研究双盘转子-轴承系统在转盘偏心量、偏心初始相位、轴承间隙、润滑油动力黏度以及轴承长径比5个参数域内的变化规律,得到一些有益结论: 该系统的周期运动主要以倍周期或拟周期分岔而失稳; 采用较小的转盘偏心量或增大转盘的初始偏心相位差可以提高失稳转速; 为抑制系统过早失稳, 应适当提高轴承长径比和尽可能采用较小的轴承间隙; 在选用润滑油时, 并非其动力黏度越大越好, 动力黏度较小的润滑油反而可以适当提高系统失稳转速. 研究方法和结果为相关及更为复杂的转子-轴承系统的稳定性设计及振动控制提供了理论参考.      

气浮动压轴承的静特性数值计算与实验研究

为了实现对气浮动压轴承的静特性能进行研究,文中提出并设计了一种圆锥型气浮动压轴承.在数学模型建立的基础上对其求解域进行了保角变换和斜坐标变换,运用局部积分有限差分对控制方程在斜坐标系下的差分式进行了推导,利用VB对控制方程的静特性进行了数值计算求解.结果表明:螺旋槽能很好实现气浮轴承动压效应,轴承的转速N对其动压效应影响比较大,转速N越高其动压效应越明显;轴承的螺旋角和槽深比对轴承的静特性的影响存在一个最佳参数,轴承的槽数和槽宽比增加到一定值后继续增大对轴承的承载力的影响不明显.实验结果与数值计算结果进行了比较,两者基本一致,为气浮动压轴承的研究与发展提供了一种新结构和新思路.     

起落架落震试验机轮瞬态冲击转速的测试方法

飞机起落架落震试验中,机轮触台时的瞬态转速变化的测试数据对起落架安全设计和强度研究有着重要的意义.本文针对机轮在高速旋转冲击下,震动强烈并且瞬态转速变化范围大的特点,设计了非接触式机轮转速测试系统.采用M/T转速测量方法,实现了机轮在触台全过程中瞬态转速的准确测量.     

Micro-PIV技术--粒子图像测速技术的新进展

Micro-PIV是近年来发展起来的一种微尺度流动测速技术.它是传统PIV测量与光学显微技术相结合的一种整场、瞬态、定量测量方法, 其基本测速原理与传统PIV相同, 但在示踪粒子选择、图像获取和处理等方面两者存在较大差别.Micro-PIV突破了传统微尺度流体力学测量手段的局限性, 使得对微尺度流动元件的研究从过去只能给出流量、阻力特性等有限信息逐步转向对全流场内流结构的直接测量上, 并且达到了相当高的分辨率和测量精度.本文对近几年Micro-PIV技术发展状况进行了总结和分析, 论述了Micro-PIV技术与传统PIV的主要区别以及具体的处理技术, 反映了其在科学与工程中的应用,并对此项技术的发展作了展望.      

变转速共轴旋翼载荷建模及实验验证

对共轴双旋翼无人飞行器操纵结构的简化,会引起旋翼载荷变化更加复杂。共轴双旋翼转速控制方法有助于飞行控制系统的实现,但是在飞行控制律设计时,需要透彻了解变转速旋翼的气动载荷变化,建立精准的旋翼载荷模型。本文深入分析了旋翼变转速情况下单旋翼系统和共轴双旋翼系统的旋翼入流分布,建立了单旋翼变转速旋翼载荷计算方法,提出了共轴双旋翼变转速旋翼载荷计算方法。明确了低雷诺数对微型旋翼飞行器的旋翼载荷计算影响,引入雷诺数修正系数完成对旋翼翼型升阻系数气动参数的修正和验证,提高了变转速共轴双旋翼载荷模型的计算精度。设计了一套变转速单旋翼系统和共轴双旋翼系统的旋翼载荷测量实验装置,通过实验测试完成了对共轴双旋翼载荷计算方法的验证,表明了所提出的变转速共轴双旋翼载荷模型和实验测试装置是可信的。     

基于射线穿透法的GPU并行阶梯型有限差分网格生成算法

三维大规模有限差分网格生成技术是三维有限差分计算的基础，网格生成效率是三维有限差分网格生成的研究热点。传统的阶梯型有限差分网格生成方法主要有射线穿透法和切片法。本文在传统串行射线穿透法的基础上，提出了基于GPU （graphic processing unit）并行计算技术的并行阶梯型有限差分网格生成算法。并行算法应用基于分批次的数据传输策略，使得算法能够处理的数据规模不依赖于GPU内存大小，平衡了数据传输效率和网格生成规模之间的关系。为了减少数据传输量，本文提出的并行算法可以在GPU线程内部相互独立的生成射线起点坐标，进一步提高了并行算法的执行效率和并行化程度。通过数值试验的对比可以看出，并行算法的执行效率远远高于传统射线穿透法。最后，通过有限差分计算实例可以证实并行算法能够满足复杂模型大规模数值模拟的需求。     

激光微造型对粉末润滑界面边界层行为和润滑特性的影响

粉末润滑在极端条件下可以有效地减摩,但粉末的介入性和界面保持性仍有待提高,研究尝试利用表面的激光微造型,阐明其对粉末润滑特性的影响,改善润滑特性.采用控制变量法,分别改变多功能摩擦磨损试验机的载荷和转速,使用形状测量激光显微系统观察载荷和转速对微造型表面摩擦特性的影响.结果表明:激光微造型表面相对于无微造型表面能承受更大的载荷和转速;激光微造型部位最先形成蝌蚪状界面边界层,在界面边界层损坏过程中,微造型凹坑部位界面边界层保留时间较长,出现蝌蚪状残留和圆坑残留现象;在一定范围内,表面粗糙度随着载荷和转速的增大而逐渐增大.     

基于扩展卡尔曼滤波的转速补偿滚转角测量算法

针对二维弹道修正引信全弹道转速变化范围较大的旋转特点,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的转速补偿滚转角测量算法。首先以某双旋稳定迫弹为仿真平台,分别在高速和低速时变转速条件下对引入转速补偿的EKF滚转角测量算法进行了验证。仿真结果表明,高转速条件下全弹道滚转角解算绝对误差不大于5°,低转速条件下解算绝对误差全弹道不大于2.5°,且均能快速收敛。而后又基于MEMS三轴转台进行了实验室滚转角测量精度验证,结果表明,在修正引信转速自30 r/s至1 r/s范围动态变化过程中,滚转角解算绝对误差不超过4°。     

高超声速流场激光测速技术研究进展

高超声速气流条件下飞行器内/外部流动中存在强湍流及脉动、边界层转捩、激波-边界层干扰和高温真实气体效应等耦合效应,表征该非定常流动现象对飞行器气动力、气动热以及目标光电特性等产生的影响是高超声速流动研究中的前沿课题.速度作为表征流动过程最重要的参数之一,准确的速度测量对于深入理解上述复杂流动-传输机理以及高超声速飞行器设计具有重要指导意义.文章针对高超声速流场速度测量中几种常用的非接触式激光测试技术进行了综述,主要包括基于空间法的粒子图像测速,基于激光吸收光谱、激光诱导荧光和瑞利散射的多普勒测速,基于飞行时间法的分子标记测速,以及基于流场折射率的聚焦激光差分干涉测速技术.首先简要介绍每种激光测速技术的基本原理,然后进一步介绍该技术在高超声速自由流、层/湍流边界层、激波/边界层干扰、尾流或其他复杂流动区域的速度及其脉动度测量等方面的典型应用,分析各种技术环境适用性及面临的局限性和挑战.最后对基于激光技术的高超声速流场速度测量进行了总结及发展趋势展望.     

基于MATAB/Simulink的双电机速度跟踪伺服系统仿真

在分析直流无刷电机的数学模型的基础上,通过研究双电机速度跟踪伺服系统的结构与运行原理,对系统建立有效的仿真模型,完成了系统的计算机仿真.在MATLAB/Simulink环境下,采用基于位置的电控式跟踪控制策略,构建了双电机速度跟踪伺服系统仿真模型,主电机采用速度、电流双闭环控制,从电机在双闭环基础上外加位置环完成速度跟踪,并选择数字PID控制算法对系统进行仿真实验.仿真试验结果与系统设计要求一致,验证了数学模型的有效性及控制系统的合理性,有利于加快实际系统设计和调试的进程.     

Model predictive control of rigid spacecraft with two variable speed control moment gyroscopes

In this paper, an attitude maneuver control problem is investigated for a rigid spacecraft using an array of two variable speed control moment gyroscopes(VSCMGs)with gimbal axes skewed to each other. A mathematical model is constructed by taking the spacecraft and the gyroscopes together as an integrated system, with the coupling interaction between them considered. To overcome the singular issues of the VSCMGs due to the conventional torque-based method, the first-order derivative of gimbal rates and the second-order derivative of the rotor spinning velocity, instead of the gyroscope torques, are taken as input variables. Moreover, taking external disturbances into account,a feedback control law is designed for the system based on a method of nonlinear model predictive control(NMPC). The attitude maneuver can be realized fast and smoothly by using the proposed controller in this paper.     

Nonlinear dynamics and control for single-axis gyroscope systems

A nonlinear feedback control system of the single-axis gyroscope governed by a servo motor is studied in this paper. The closed-loop feedback is designed to account for the gimbal nutation as the gyroscope undergoing an angular velocity in the perpendicular directions. This paper integrates the singular perturbation modeling technology and sliding mode control strategy, while the stability of the closed-loop system is ensured by proof via Lyapunov direct method. Finally, comparisons among pole placement, sliding mode control and angular displacement feedback with respect to regulation capability and transient performance are reported. The simulation results demonstrate the superiority of singular perturbation sliding mode control and its potential to be facilitated in the aircraft safety module on detection and prevention from rollover during flight.     

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。     

On the frequency bandwidth change of a servo system with a gear reducer due to backlash and motor input voltage

Summary The paper analyzes how the frequency bandwidth of a servo system is affected by the input voltage of its motor and the magnitude of the total backlash. The bandwidth of the system is defined as the set of antiresonance frequencies, which appears in the frequency-response characteristic. The change in the frequency-response characteristics is investigated depending on motor input voltage and the magnitude of the total backlash. It is shown that at infinite motor input voltage, the servo system has a bandwidth equivalent to that of a backlash-free system. The amount of the systems bandwidth reduction due to the backlash changes greatly with the motor input voltage. It becomes possible then to determine the necessary maximum input voltage of the motor and the admissible magnitude of the total backlash to satisfy the desired bandwidth for a servo system with a gear reducer.     

三轴陀螺漂移测试转台台体动力学建模及控制系统设计

带宽的保证是三轴陀螺漂移测试转台（以下简称三轴转台）伺服系统设计的主要困难，从使用的角度出发，要求转台伺服系统有较大的带宽，以使三轴转台有较快的响应速度，对干扰有较强的抑制能力，提高三轴转台的跟踪精度，但一些客观因素使带宽指标受到限制，其中机械台体的谐振对带宽的影响是决定性的。本所讨论的三轴转台动力学模型，是三轴转台控制系统设计的依据。     

主动隔振中气动压力跟踪的预测控制研究

气动伺服系统的压力跟踪是主动隔振系统中的一个重要环节。本文根据气动伺服系统的特点，建立了系统压力工作点的模型，应用基于状态空间的预测控制方法对系统压力进行了轨迹跟踪控制。首先，提出了一种控制器切换的方法来消除压力跟踪过程中的稳态误差；其次，通过对预测控制算法的改进减小了滞后对闭环系统动态性能和稳定性的影响。实验表明，本文提出的方法有效地解决了主动隔振系统中的气动压力跟踪问题。     

惯导平台漂移误差参数辨识的实验研究

本文给出了某型号惯导平台漂移误差参数辨识的一个工程实例。平台上陀螺输出的零位误差和质量不平衡误差是引起平台漂移的主要因素。为此,我们建立起描述平台漂移的数学模型,取框架角的测量值做为系统的输出,框架角和误差系数都被定义成了状态变量,这样参数辨识问题就转化成了对状态的估计。为使各误差系数都能受到重力的充分激励和便于工程应用,实验中我们采用了六位置伺服状态测漂方案。实验结果表明,应用ＥＫＦ 可以获得较好的辨识效果,明显优于力反馈法和光点测漂法。     

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。     

Robust Speed Control of a Low Damped Electromechanical System Based on CRONE Control: Application to a Four Mass Experimental Test Bench

Robust speed control of a low damped electromechanical system with backlash is studied, controlled load angular speed being not measured. The proposed control strategy combines a Luenberger observer (load angular speed and load torque disturbance estimations) and a robust CRONE controller. The observer provides estimation of the load angular speed and of the disturbance torque applied on the load. Through the computation of only three independent parameters (as many as a PID controller), the CRONE controller permits to ensure the robust speed control of the load in spite of plant parametric variations and speed observation errors. The proposed control strategy is applied to a four mass experimental test bench.