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。     

球形转子的精密恒速控制系统

讨论了静电支承球形转子的精密恒速控制系统，该系统主要基于旋转磁场加转和锁相控制。阐述了控制系统的组成，分析了鉴相器、PD控制、加转系统模型并加以线陛化，求出传递函数并分析特性，最后介绍了具体实验效果。     

静电悬浮转子微陀螺及其关键技术

静电悬浮转子微陀螺具有比振动式微陀螺精度高的潜在优点，并可同时测量二轴角速度和三轴线加速度。介绍了静电悬浮转子微陀螺的研究现状。对该静电悬浮转子微F1螺／加速度计的工作原理、特点进行了分析，并对实现高精度静电悬浮转子微陀螺／加速度计晌关键技术如静电稳定悬浮、微位移检测控制、静电恒速旋转驱动、微机械加工和真空封装技术等进行了探讨。指出这一新颖MEMS陀螺是高精度多轴集成微惯性传感器技术发展的一个重要方向，具有广阔的应用前号和较大的发展潜力。     

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。     

直流静电悬浮系统的实验研究

正负对称输出的直流高压放大器和直流高压电源是直流静电悬浮系统的两项关键技术问题,本介绍了我们的这两项研究成果,以及在此基础上构建的直流静电悬浮实验系统和相关实验结果。     

静电悬浮转子微陀螺再平衡回路设计

给出了一种基于MEMS技术的静电悬浮转子微陀螺,可同时测量两轴角速度和三轴线加速度,采用力平衡原理测量壳体输入的角速度,即对转子实行闭环控制使转子保持在零位,输出控制电压反映壳体输入角速度的大小。在分析转子所受力矩的基础上,建立了转子的力矩平衡方程。当陀螺工作在理想状态下,提出了两种再平衡回路设计,即只采用校正环节和采用解耦网络的自平衡回路设计。通过系统仿真表明了采用解耦网络设计的再平衡回路的优越性。当壳体输入阶跃角速度时,解耦控制具有响应速度快、超调小、动态性能好等优点。最后给出了采用积分电路和加法运算电路实现解耦控制的电路实现方案。     

静电悬浮系统的数字控制与实验研究

介绍了一种基于DSP的数字控制器的总体结构及控制器算法的设计。在此基础上构建了三轴静电悬浮系统，并通过仿真和实验讨论了不同采样频率对系统性能的影响。实验结果表明，系统带宽达到750Hz，谐振峰小于3dB，刚度等各项性能均满足静电悬浮系统的指标要求。     

模糊控制在静电悬浮转子微陀螺起支中的应用

给出了一种基于UV-LIGA技术的静电悬浮转子微陀螺,提出了控制系统组成方案,为了实现转子的起支控制和稳定悬浮,模糊控制被应用于该系统中,首先,对轴向压膜阻尼和滑膜阻尼进行有限元分析,并用解析法进行分析,计算结果表明两种方法的一致性,从而得到阻尼的解析表达式。然后,建立了带偏置电压的双边支承下的数学模型,并对数学模型进行模糊控制仿真研究,仿真结果表明,相对于PID控制,模糊控制具有较强的鲁棒性,具有响应速度快,自适应能力强的优点。最后,设计了悬浮控制系统,给出了硬件和软件组成。     

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。     

静电悬浮转子微陀螺微位移数字化电容检测通道设计

微位移检测是实现静电悬浮转子微陀螺闭环起支和稳定悬浮控制的重要前提。针对微陀螺轴向起支和悬浮的检测要求、特点及主要技术指标,设计了完整的电容式微位移检测通道。该通道主要由前置C/V转换、差动放大、四阶压控电压源有源带通滤波、相敏解调、四阶Butterworth低通滤波和16位A/D转换等环节组成,具有激励带宽大、检测精度高及数字化输出等特点。试验表明,检测通道的灵敏度为1.4V/pF,线性度为2.11%,微位移检测分辨力优于10nm,能够满足微陀螺轴向起支和稳定悬浮的检测要求。     

无刷直流陀螺电机的高精度恒速控制

介绍了一种能够实现三相绕组无刷直流陀螺电机的锁相恒速控制方法,所提出的定脉冲三相移电路是将高精度的参考脉冲信号移相成频率不变、相位差为120°的三组脉冲信号,分别与各相反电势检测整形的反馈信号进行相位比较,由该比较输出的数字脉冲信号直接控制电机的三相绕组导通工作。锁定时,使电机反电势的频率脉冲与参考脉冲成为一一对应的关系,电机就处于高精度恒速运行。通过样机试验,其恒速控制精度达到0.001%。     

静电伺服微加速度计的量程设计

详细推导了静电伺服加速度计在定极板上施加直流偏压、交流驱动电压，动极板上有反馈直流电压和交流检测电压的情况下，检测质量(动极板)受到的静电力。通过对静电力的分析，得出静电伺服彻。速度计的量程除了受系统能提供的最大静电力限制外，还需满足电刚度小于与机械刚度的条件，该电刚度是极板上所有的直流电压、交流电压产生的电刚度之和。离心实验证明，利用该原则设计的“叉指”结构静电伺服微加速度计的量程达到了设计值。该设计原则可以为此类加速度计的设计提供参考。     

高速磁浮双向主动控制系统模型参数分析

磁浮控制系统是磁浮列车的重要组成部分,是保证磁浮运行的安全性和平稳性的关键部分.本文以PID控制器为研究对象,为了研究磁浮列车中悬浮控制的动态性能与控制参数的变化规律,建立了基于状态反馈的PID磁浮控制系统的数学模型,并通过多体动力学软件SIMPACK联合可视化仿真工具MATLAB/SIMULINK建立了耦合分析模型,进行了多参数的比较分析.系统讨论了单磁铁控制器在不同PID控制参数下,磁浮间隙和磁浮电磁铁加速度等监测控制量的变化曲线,并针对双向受力状态的不同,分别研究了具体工况下高速磁浮的竖向和横向控制性能.研究表明:本文所使用的高速磁浮控制系统模型,具有较强的抗干扰性和鲁棒性,控制性能优秀,其参数分析方法可为未来实际工程的建设提供技术支撑.     

转子振动的灰色Verhuslt预测优化控制研究

以灰色预测控制理论为基础，首次将非线性GM模型引入到转子振动主动控制中，并采用现代控制理论中的二次型优化原理，以控制力和响应加权最小为目标函数，设计了转子系统振动的灰色Verhuslt预测优化控制方案。将该方案应用于带电磁阻尼器转子轴承系统的转子振动控制中，仿真结果显示转子振动的灰色预测Verhuslt优化控制是有效的、可行的。     

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.     

常航速船波势及船波阻力的边界元法

利用满足Laplace方程,线性化自由面条件及无穷远处条件的Havelock兴波源涵数,建立了关于常航速稳态船波势函数的边界积分方程.针对这个积分方程,建立了相应的数值计算方法,编制了一般三维问题的边界元法计算机程序,可用来计算全潜和半潜物体的稳态绕流场及船舶兴波阻力.     

Minimization of the Wing Airfoil Drag Coefficient Using the Optimal Control Method

The problem of designing a wing airfoil starting from the surface velocity (or pressure) distribution, given in multi-parameter form, is considered. In the diffuser region, the velocity decrease law is determined from the conditions of minimum drag and separationless flow for a given Reynolds number. The case of boundary layer suction for the purpose of improving the aerodynamic characteristics of the airfoil is studied. A solution is obtained using optimal control theory.