加速度对半球谐振陀螺控制系统影响分析及抑制方法

为分析加速度对半球谐振陀螺振幅、速率控制系统的影响,提出了基于动力学的加速度影响分析方法。首先建立加速度作用下的谐振子变形方程,得到了精确的电极范围及间隙的方程。激励电极的电容间隙、边界范围改变,使得激励系数发生改变。其次分析了激励电极作用下谐振子动力学特性,推导了激励系数与振幅、角速率的关系式。然后将电极范围及间隙的方程代入激励系数中,得到了振幅、角速率的误差分析关系式。最后利用激励电极的不同配置方式,构建了三种控制系统方案,分析了加速度作用下谐振子变形对三种控制方式的影响。通过对比分析,合理的激励电极配置方式有效地抑制了加速度对控制系统的影响。     

一种半球谐振子固有刚性轴方位的标定方法

固有刚性轴方位是半球谐振子振动性能参数的一个核心指标,其方位的精确标定对于谐振子质量平衡精度提升具有重要意义。利用矩阵逼近法将谐振子的径向振动分解为主驻波和辅驻波,从理论上论证了主驻波和辅驻波在圆周角和振动相位上的正交性,从而说明了谐振子节点振动和辅驻波之间的关系,进而设计了谐振子固有刚性轴方位的标定方案,即在谐振子上相隔22.5°的两个位置上分别进行静电激励,并测量二者各自的节点振幅,通过节点振幅的比值可以标定固有刚性轴的方位。数值仿真的结果表明:针对超低频率裂解(0.005 Hz以下)谐振子的固有刚性轴方位标定,所提出方法的理论辨识误差量级可达到10~(-12)度,此外,该测试方法的理论测试时长可控在100秒以内,与其他方法相比,在测试效率上有着较为明显的优势。     

基于轨迹图法的半球谐振陀螺动力学模型描述

谐振子弹性系数和阻尼系数的不对称是引起半球谐振陀螺漂移的主要原因。根据半球谐振陀螺的动力学模型,用轨迹图法对谐振子的振动特性进行了研究。轨迹图直观地反映了谐振子的振动特性。当谐振子处于理想状态并且有角速率输入时,谐振子的轨迹图是以一定的角速率进动的标准椭圆。谐振子的非理想性严重影响陀螺的正常工作。当谐振子弹性系数不对称时,谐振子的轨迹图会发生明显变形。阻尼系数的不对称会导致振动平面向最低阻尼轴漂移。因此,消除弹性系数和阻尼系数不对称的影响对提高半球谐振陀螺的精度有重要意义。     

缺陷半球壳谐振子振动特性的研究

半球壳谐振子是新型半球谐振陀螺的敏感部件,本文主要研究这种谐振子有某种缺陷时的振动特性。所得结论可为选择半球谐振子提供一定的理论依据。     

基于最小均方算法的半球谐振子特征参数辨识方法

作为半球谐振陀螺的核心元件,半球谐振子的加工水平直接决定了陀螺的性能优劣。然而,目前尚缺乏有效方法来对半球谐振子的性能进行量化评估。针对这一问题,提出一种利用最小均方(LMS)算法来对半球谐振子的刚度各向异性Δω、刚度失准角θ_ω、阻尼各向异性Δ(1/τ)和阻尼失准角θ_τ这四种特征参数进行辨识的方法。首先,根据非理想谐振子的正交误差方程,在外界恒定转速Ω的激励下,获得仅包含Δω和θ_ω信息的陀螺正交分量q的数据集;其次,根据非理想谐振子的驻波方位角误差方程,在外界恒定转速Ω的激励下,获得仅包含Δ(1/τ)和θ_τ信息的驻波方位角θ的数据集;然后,根据正交误差方程和驻波方位角误差方程构建基于LMS算法的特征参数辨识模型;最后,利用Simulink程序仿真验证所提出辨识方法的有效性。仿真结果表明:半球谐振子的四个特征参数全部在8s以内完成辨识,并且全部收敛于参数的设定值。该方法不仅可以实现对半球谐振子的加工水平进行量化评估,而且可以为半球谐振陀螺的误差分析与补偿提供理论依据。     

一种半球谐振陀螺振幅控制方法

振幅控制是半球谐振陀螺正常工作的基础,同时振幅控制的稳定性也直接影响陀螺的性能指标。针对半球谐振陀螺振幅控制问题开展研究。首先,推导了驱动力与陀螺振动幅度的传递函数,建立了振幅控制的被控对象模型;其次,提出了一种半球谐振陀螺的起振方法;然后根据已有研究设计了一种半球谐振陀螺振幅控制回路方案,并推导出振幅控制回路的闭环传递函数;最后,采用基于数字电子器件的全数字控制方式对振幅控制回路进行硬件电路实现。实验结果表明研究的振幅控制回路的幅值控制稳定性优于0.5 ppm,完全满足陀螺性能指标对振幅控制稳定度的要求。     

半球谐振陀螺的机理分析

—本文论述了半球谐振陀螺的组成；用能量法建立了旋转轴对称壳体的动力学方程，研究了半球谐振频率；推导了半球谐振子四波腹振型的形成，同时分析半球谐振子环向振型的进动性，说明了不同的拾振原理。     

比力对半球谐振陀螺仪解算精度的影响

为了分析半球谐振陀螺仪非敏感轴X、Y轴存在比力输入时,对输出角速率解算精度的影响,首先,利用环形谐振子的动力学方程,得到了径向振动方程。然后,分析了存在比力输入时,谐振子唇沿中心将偏移激励器和位移传感器所确定的圆心,并根据闭环检测原理,推导了陀螺仪解算角速率误差的表达式,仿真计算了相对偏移量对输出结果的影响程度。最后,利用分度头进行了非敏感轴的多位置翻滚试验,验证了输出中存在与非敏感轴比力输入有关的误差。     

基于速度反馈分数阶PID控制的达芬振子的主共振.

与传统整数阶比例-积分-微分(PID)控制器相比,分数阶比例-积分-微分控制器由于增加了两个控制参数,因此能够更灵活地控制受控对象.研究了基于速度反馈分数阶比例-积分-微分控制的达芬振子的主共振,利用平均法获得了系统的近似解析解.研究发现分数阶比例-积分-微分控制器的比例环节以等效线性阻尼的形式影响系统的共振振幅,积分环节以等效线性阻尼和等效线性刚度的形式影响系统的动力学特性,微分环节以等效线性阻尼和等效质量的形式影响系统的动力学特性.建立了主共振幅频响应方程的解析表达式和稳定性判断准则,并对主共振幅频响应的近似解析解和数值解进行了比较,二者吻合良好,验证了求解过程和近似解析解的正确性.分析了分数阶比例-积分-微分控制器的比例环节系数、积分环节系数、微分环节系数以及分数阶阶次变化时,对系统主共振幅频响应的影响.对分数阶比例-积分-微分控制器与传统整数阶比例-积分-微分控制器的控制效果进行了对比,发现当控制器各个环节的系数相同时,基于速度反馈的分数阶比例-积分-微分控制对达芬振子主共振的控制效果要优于传统整数阶比例-积分-微分控制.      

基于状态空间理论的功能梯度圆球瞬态热传导分析

基于状态空间理论研究功能梯度圆球的球对称瞬态热传导问题。根据热传导方程和热流密度的定义,取温度场和热流密度为系统的状态向量,通过将圆球分层和在时域内应用差分格式对控制方程进行离散,建立了系统的状态方程,给出了功能梯度圆球瞬态热传导问题的半解析解。算例分析表明:本文解不但结果正确、计算效率高,而且适用于材料参数沿径向任意梯度变化的圆球瞬态热传导分析。     

大学物理《力学》中的自由度分析

对《力学》中的物体自由度进行多方面分析,以深化教学、提高学生正 确分析物理问题的能力.使用实际教学分析的研究方法,在《力学》范围内讨论自由度与坐标、 自由与约束的关系并得以下结论: (1) 同一物体的自由度随其所在的``空间'不同而不同, 不因坐标系的选取不同而 异, 在同类参考系中不因参考系的动静而有别;(2)自由度遵循叠加原理. 讨论了质点系的总自由度及相关计算问题,并指出研究《力学》中自由度的意义.     

Development and design of new methods of measurement of state of strain of structures

The present paper deals with development and design of new methods utilizing Wiedemann's effect for determination of state of strain in building structures. Wiedemann's effect and some features of torsional strain of magnetic field are the basis of new experimental method. Especially the point electromagnetic strain gages using the effect of pure torsion of electromagnetic field to enable universal examination. For strain-gage measurements, almost all physical quantities are used which can be related to the variation in length of the structures. From the electric strain measurements, the most commonly used methods are the measurements by resonance-wire strain gages or by electric-resistance strain gages. In this paper, electromagnetic strain gages are discussed using the Wiedemann effect, and the author describes some new measuring equipment and his own suggestions and methods based on an application of this effect.     

Calculation of aerodynamic characteristics of arrays of profiles of arbitrary shape

It is well known that the problem on nonseparating potential flow of an incompressible fluid about an array of profiles reduces to an integral equation for a certain real function, determined on the contours of the profiles of the array. As such a function one can take, as was done, for instance, in [1–5], the relative velocity of the fluid on the profiles of the array. For arrays of profiles of arbitrary shape it is necessary to solve the corresponding integral equation numerically. In the particular examples of the calculation of aerodynamic arrays that are available [1–3] the numerical methods used were based on the approximate evaluation of contour integrals by rectangle formulas. As investigations showed, sizeable errors arose thereby in the approximate solution obtained, these being especially significant in the case of curved profiles of relatively small bulk. In the present paper a method for the numerical solution of the integral equation obtained in [5] is proposed. The method is based on the replacement of a profile of the array with an inscribed N polygon, the length of whose sides is of the order N^–1 and whose internal angles are close to . Convergence with increasing N of the numerical solution to an exact solution of the integral equations at the reference points is demonstrated. Examples of the calculation are given.Novosibirsk. Translated from Izvestiya Akademii Nauk SSSR. Mekhanika Zhidkosti i Gaza, No. 2, pp. 105–112, March–April, 1972.     

Method of constructing estimates of the solution of equations of filtration of an aerated liquid

The exact solutions of the nonlinear equations of filtration of an aerated liquid have been obtained in [1–3]. In [4] the system of equations of an aerated liquid have been reduced to the heat-conduction equation under certain assumptions. An approximate method of computing the nonsteady flow of an aerated liquid is given in [5], where the real flow pattern is replaced by a computational scheme of successive change of stationary states. In [6] the same problem is solved by the method of averaging. In the present article estimates of the solution of the equations for nonstationary filtration of an aerated liquid in one-dimensional layer are constructed under certain conditions imposed on the desired functions. These estimates can be used as approximate solutions with known error or for the verification of the accuracy of different approximate methods. We note that the use of comparison theorem for the estimate of solutions of equations of nonlinear filtration is discussed in [7–9]. The methods of constructing estimates of solutions of various problems of heat conduction are given in [10, 11]