高精度陀螺漂移伺服转台服精度的实验研究

在由交流力矩电机驱动带滑环系统的气浮转台中,滑环伺服系统对气浮主轴的干扰力矩是主要的干扰力矩。提高滑环伺服系统跟踪精度、选用高柔性的两轴系统之间输电导线,减小它们与轴心的距离是提高主轴伺服精度的有效措施。     

转台伺服系统低速性能分析

首先分析了摩擦干扰力矩和电机齿槽力矩对一般伺服系统速率平稳性的影响,在此基础上,针对转台伺服系统的实际设计,分析了摩擦干扰力矩和电机齿槽力矩对转台伺服系统低速性能的影响,提出了改善转台低速平稳性的技术途径。同时又研究了角位置误差引起的转台速率波动问题。     

短路匝式传感器干扰力矩分析

短路匝式传感器带来的干扰力矩是引起陀螺仪随机漂移的重要因素之一,减小该项干扰力矩对提高陀螺精度能够起到重要的作用。本文利用电磁感应定律和磁路分析法对干扰力矩进行了推导,并通过Ansoft maxwell软件对短路匝传感器不同参数情况下的干扰力矩进行仿真分析,得出了转子转角、激磁电压和激磁频率对干扰力矩的影响关系曲线,最后合理选择参数以保证干扰力矩在精度允许范围内。该分析结果对减小短路匝传感器的干扰力矩和减小陀螺仪的随机漂移都具有一定参考价值。     

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。     

一种新型稳定平台伺服控制系统

深入研究了三自由度并串联混合机构稳定平台,设计了一个非线性自适应控制器。考虑到实际系统工作中存在摩擦、负载扰动和动力学参数误差,分离出动力学模型中的未建模动力学参数、摩擦力参数和负载扰动,建立了关于待辨识参数的线性动力学模型。运用Lyapunov方法设计了一个非线性自适应控制器。构建了并串联光电稳定平台伺服系统实验平台。分别将所设计的控制器与计算力矩控制器分别在高速和低速扰动情况进行了实验,实验表明所提出非线性自适应控制器在低速0.006(°)/s时,跟踪精度分别为滚转轴0.071°、俯仰轴0.064°、偏转轴0.038°,在20(°)/s高速状态下,跟踪精度分别为滚转轴0.045°、俯仰轴0.042°、偏转轴0.029°,其控制效果明显好于传统控制。     

静压气体球轴承支承球形转子的干扰力矩分析

中心小孔供气单向受载球面气体轴承可以用于球形转子的静平衡测量。对作用于转子上的干扰力矩进行估算是平衡装置设计的重要部分。本在一定假设条件下推导了由粘性剪切应力和气膜支撑力引起的作用于转子上的干扰力矩。干扰力矩以轴承包角、中心气室张角、气膜压力、转子转速、转子旋转轴位置、失中度、转子非球表示。以干扰力矩最小为准则分析了这些参数的影响，结论有助于静平衡装置的优化设计以及对精度的进一步分析。     

低轨纳卫星质量矩姿态控制技术研究

针对气动力矩严重影响低轨纳卫星姿态控制效果的问题,创新性地提出了利用质量矩技术将气动干扰转化为控制力矩的解决方法.由于气动力矩矢量垂直于大气来流速度方向,因而采用质量矩与磁力矩相结合的方式三轴全驱动控制卫星姿态,从而避免系统欠驱动. 建立双执行机构控制方式的姿态动力学模型,并根据各干扰项的影响简化了控制方程.针对气动力不确定、星体参数误差、未知环境影响等复杂干扰,设计了针对理想控制力矩基于干扰观测器的滑模控制器. 为减小滑块附加干扰力矩,研究了理想控制力矩的最优分配策略. 最后, 为双执行机构搭建了半物理仿真平台,结果表明: 姿态机动过程中, 与滑块加速度相关的附加惯性力矩远大于其他干扰项,最优力矩分配策略能够大幅减小快时变的附加干扰, 优化效果明显; 姿态保持过程中,干扰观测器能有效观测系统慢时变干扰, 提高滑模控制律的姿态控制精度,姿态角收敛误差小于$\pm $0.1$^\circ$.最终验证了在低轨纳卫星上利用质量矩技术控制姿态的可行性.      

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。     

三自由度气浮台自动平衡系统动力学建模

为了在地面模拟卫星的姿态运动,三自由度气浮台的回转中心应与重心重合,并且各轴与对应卫星各轴应具有相等的转动惯量,实现1∶1模拟,这样执行机构的控制力矩矢量与实际卫星相同;或两者的角加速度相一致,以模拟卫星在外层空间所受干扰力矩很小的力学环境.当重心相对于回转中心存在漂移时产生静态不平衡;主惯性轴相对于回转轴存在漂移时会产生动态不平衡.该文阐述了三自由度气浮台的平衡步骤以及手动平衡和自动平衡技术,推导了三自由度气浮台自动平衡动力学公式,并对平衡过程进行了数值仿真,仿真结果表明自动平衡调节可以使平台浮起部分的摆动周期延长至约1300 s.     

ATTITUDE CONTROL TECHNOLOGY FOR MASS MOMENT NANO-SATELLITE IN LOW EARTH ORBIT 1)

针对气动力矩严重影响低轨纳卫星姿态控制效果的问题,创新性地提出了利用质量矩技术将气动干扰转化为控制力矩的解决方法.由于气动力矩矢量垂直于大气来流速度方向,因而采用质量矩与磁力矩相结合的方式三轴全驱动控制卫星姿态,从而避免系统欠驱动. 建立双执行机构控制方式的姿态动力学模型,并根据各干扰项的影响简化了控制方程.针对气动力不确定、星体参数误差、未知环境影响等复杂干扰,设计了针对理想控制力矩基于干扰观测器的滑模控制器. 为减小滑块附加干扰力矩,研究了理想控制力矩的最优分配策略. 最后, 为双执行机构搭建了半物理仿真平台,结果表明: 姿态机动过程中, 与滑块加速度相关的附加惯性力矩远大于其他干扰项,最优力矩分配策略能够大幅减小快时变的附加干扰, 优化效果明显; 姿态保持过程中,干扰观测器能有效观测系统慢时变干扰, 提高滑模控制律的姿态控制精度,姿态角收敛误差小于$\pm $0.1$^\circ$.最终验证了在低轨纳卫星上利用质量矩技术控制姿态的可行性.     

伺服转台恒温装置结构及控制系统

本文在完成某高精度伺服转台恒温系统的研制任务基础上，全面阐述了伺服转台台面恒温系统的实现措施及理论依据。主要包括结构设计、恒温箱与台面间的非接触密封、恒温箱的设计及模型参数估计、温度检测及控制系统设计     

基于DSP和CPLD的数字化转台伺服系统的设计与实现

介绍了一种数字化转台伺服系统的设计及其实现．在设计中使用了数字信号处理器(DSP)以及复杂可编程逻辑器件(CPLD)，有效地降低了模拟电路中噪声、漂移等固有因素的影响，使得系统具有较高的精度。实验证明了该方案的实用性和有效性。     

静电陀螺监控器赤道陀螺仪低纬度下的随动性能

静电陀螺监控器赤道陀螺仪处于低纬度地区启动或运行时,易出现未捕获的问题。针对该问题,通过仿真及试验,探明了在无减速器随动系统的复示误差发生变化的情况下赤道陀螺仪方位环随动系统性能与h角及所处纬度等的关系,进而揭示了在低纬度地区静电陀螺监控器赤道陀螺仪易出现未捕获问题的原理所在。同时证明了高品质、高动态性能的静电陀螺监控器无减速器复示系统及高度环、方位环随动系统是十分重要的。     

A shrink-fit shaft subject to torsion

The problem studied is an elastic, circular shaft, fitted into a cavity normal to the free surface of a half-space. The cavity is smaller than the shaft, so that there is a residual radial stress. A torque is applied to the shaft, giving rise to a region of slip between the shaft and the socket. Its extent is determined by forming an integral equation whose kernel is given by a circular ring dislocation, which has a Burgers vector whose magnitude is constant, oriented in the tangential direction. The problem has direct application to the study of shrink fitted shafts in wheels, whose diameter is large compared with the shaft.     

测试转台陀螺伺服系统全数字控制实现

讨论了测试转台中陀螺伺服状态的构成原理，提出了一种基于全数字控制的陀螺伺服系统实现方案。该方案不仅方便系统参数在线调整，而且可以完成多种不同类型，不同参数的陀螺仪伺服实验，目前已经成功地用于某型空气轴承伺服转台，取得了满意的结果。     

调宽控制平台稳定系统对陀螺漂移影响的研究

介绍了在平台式惯导系统中,由脉冲调宽加矩方式控制的惯性稳定平台的角振动对陀螺漂移的因素,通过对平台稳定系统的动态仿真,得出了它螺漂移与采用脉宽调制工作的稳定回路参数之间的关系,为惯性平台稳定回路的设计提供重要的数据依据。     

伺服转台高精度控制系统带宽设计的探讨

以实际的伺服控制系统设计为例,从跟踪误差、干扰控制、噪声衰减和系统不稳定性的限制等几个方面研究了伺服控制系统的带宽问题,给出了选择带宽的方法结果,在实际应用中较好地折衷了系统稳定和系统性能的关系。     

三轴转台陀螺伺服系统的模型分析与解耦设计

本文对三轴陀螺伺服转台模型进行了较为详细的分析,并进行了适当的简化,在此基础 上对系统进行了解耦设计。     

海洋重力传感器伺服回路分析与设计

海洋重力仪是改善舰船惯导系统精度的重要设备，其重力传感器的伺服回路决定着仪器的精度和动态性能。作在介绍零长弹簧海洋重力传感器结构原理的基础上，研究其伺服回路的结构组成和设计方法，分析了其主要环节参数对系统性能的影响，考察了其时域性能，对海洋重力仪的研制具有重要指导作用。