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。     

八电极静电陀螺支承系统的建模

八电极静电支承系统沿着四个非正交轴对转子施加静电力,这些作用力相互影响,因此需要对支承坐标进行垂直解耦。针对采用八电极方案的静电陀螺,给出了电极电容的计算公式和位移解算方法,推导了静电力计算公式,最后建立了八电极静电陀螺支承系统的模型并利用Simulink对系统进行仿真。仿真结果表明,在系统中加入解算矩阵和"3-4"变换矩阵后,可以使X、Y、Z三个轴向上对转子位移的控制相互独立,为转子的可靠支承奠定了基础。     

静电支承球形转子的恒速控制

本讨论静电支承球形转子的恒速控制问题。首先,介绍静电支承系统的基本工作原理,其次,建立静电支承系统的动力学模型。第三,分析采用PID控制器的支承刚度,第四,阐述形成静电旋转力矩的原理。最后,提出利用静电力恒速的方案与基本限制条件。     

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。     

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。     

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。     

硅微静电加速度计的支承刚度特性

静电加速度计通过降低带宽和量程在空间微重力环境下可以实现极高的分辨率。设计了一种采用玻璃-硅-玻璃"三明治"结构、平行六面体状检验质量、体硅加工工艺的三轴硅微静电加速度计,推导并讨论了静电支承回路的典型刚度特性与控制参数之间的关系式。采用基于DSP的数字控制器,实现了敏感质量的六自由度稳定支承,在大气环境下测试了静电支承回路的主要性能。分析与测试结果表明,在支承系统频带内,支承刚度特性与控制器参数及气膜阻尼系数密切相关;同时,改变预载电压可以在较大范围内在线调整加速度计的量程和支承刚度等指标。     

在ESS中嵌入滤波器实现转子电场恒速的系统设计方法

对于空心大球转子静电陀螺仪,转速接近静电支承系统(ESS)的剪切频率,一般采用磁场恒速控制方法,因而介绍了一种电场恒速控制方法,通过在支承电路中加入滤波器,来提高支承系统的力矩系数,从而利用支承系统构成了恒速控制系统。实验结果表明,系统的稳定性满足要求,恒速精度优于0.1Hz。