星载静电加速度计加转回路建模与分析

新型等效原理实验通过检验两个相同材料但自旋运动有显著差异的宏观物体的自由落体运动来验证等效原理可能存在的破坏。根据新型等效原理空间实验的科学目标,提出了一种星载差分静电加速度计方案,设计了基于可变电容式电机原理的静电加转回路;在分析了作用于转子上的静电加转力矩、残余气体阻尼及磁场阻尼的基础上,建立了转子加转回路的动力学模型并进行了仿真分析;仿真结果表明,启动过程使转子达到目标转速(10 000 rpm)的启动时间为9.8天。静电加转方法可在电极筒上同时配置加转电极与悬浮电极,结构紧凑,同时避免了传统的异步电机加转产生的电磁干扰。     

六轴硅微静电加速度计的悬浮回路设计

传统的静电加速度计在空间微弱加速度测量方面可以获得极高的分辨率。提出了一种采用静电悬浮、可实现六轴加速度测量的微静电加速度计。敏感组合件采用玻璃-硅-玻璃三层键合结构、体硅加工工艺;检测质量采用"回"字形结构,以提高加速度计的径向量程和刚度。利用有限元软件分析了大气环境下检验质量的气模阻尼特性,对六自由度静电悬浮回路进行了建模与分析,提出了实现六轴加速度检测的控制方案。给出了静电悬浮回路的仿真结果,评估了六轴加速度计的性能。     

静电悬浮用开关调制高压放大器的性能优化

受击穿场强限制,静电式仪表采用正弦波高压放大器不能满足过载能力的要求,为此研制出了一种出力系数大的开关调制式方波高压放大器。但在应用中发现,方波高压放大器存在功耗高和对位移测量电路干扰大的缺点。针对这些不足,采用研磨铁心截面、线包分段绕制和在调制信号中加入死区三种措施,显著降低了高压放大器的功耗和谐波干扰。测试表明,高压放大器优化后最大功耗降低了65.5%,而过载能力提高12.8%,同时对位移测量电路的干扰降至与正弦波高压放大器相同的水平。     

四环空间稳定平台的稳定性分析

为指导四环空间稳定平台控制系统的设计,首先应用Euler动力学方程推导了以各框架电动机驱动轴绝对角加速度为变量的动力学方程。在此基础上,研究了内框、中框、外框轴综合转动惯量随p、r角变化的规律。由各框架轴实测频率特性分析了对象的谐振、阻尼等特性,并结合转动惯量的变化,总结了保证控制系统稳定性可采取的方法;从机械结构设计角度研究了消除综合转动惯量变化的措施。结果表明:采用当前的框架配置方案,外框轴综合转动惯量的相对变化量较大,应采取相应措施保证系统的动态性能及稳定性;音叉式外框架的低刚度导致外框轴在低频段存在谐振峰,应通过设置滤波器及状态反馈等方式抑制其影响;合理分配各框架对应轴向的转动惯量可使各电动机驱动轴成为固定惯量系统,且减小甚至消除了耦合力矩。     

四环空间稳定平台数据传输系统设计

针对四环空间稳定平台系统外形尺寸严格受限，需实现大角度相对转动机构间的数据传输，传输通道数多，有实时性要求等条件，引入单通道光纤旋转连接器及波分复用实现所有弱电信号的光纤传输；进行了平台系统数据传输总体方案设计；针对单纤多信通传输要求，给出了光纤传输系统光通路硬件配置及软件实现；利用控制柜光传板编程产生的系统同步指令脉冲，协调传输系统一致、有序地工作。系统测试表明，该数据传输系统总体方案设计有效，系统工作可靠。该系统设计可推广应用于其他具有大角度相对转动机构间的通信。     

微静电陀螺仪再平衡回路设计

微静电陀螺仪依靠可控的静电力,将高速旋转的陀螺转子稳定地悬浮在高真空的电极腔中心,是一种能实现两自由度角速率测量的新型微机电陀螺。针对大角度、高角速率的捷联式惯性导航系统应用,对陀螺仪再平衡回路进行了设计。讨论了陀螺仪的动力学特性,给出了补偿负刚度特性的方法,采用双频波特图对系统稳定性进行了分析,给出了再平衡回路的性能仿真结果。仿真与分析表明,陀螺仪允许的最大输入角速度为768(°)/s,标度系数为6.44mV/((°)·s-1)。     

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。     

陀螺仪壳体翻滚控制系统的分析与实验研究

为提高陀螺仪的精度,应用了壳体翻滚技术补偿与壳体有关的常值漂移误差,设计了一种基于TMS320F2810的直流无刷伺服电动机的位置控制系统。文中介绍了壳体翻滚系统的组成与原理,提出了一种轨迹规划的算法,分析了被控对象的特性,应用库仑摩擦模型补偿系统摩擦非线性,并对控制系统进行建模与仿真。实验分析表明壳体翻滚在匀速阶段速度为34～35 pulse/s;角度跟踪误差小于0.5%。文中以DSP TMS320F2810为核心实现两路壳体翻滚装置的数字控制,控制系统满足了陀螺仪壳体翻滚的技术指标要求。     

基于正弦波和方波调制的高压放大器比较与实验研究

介绍了基于正弦波和方波调制的高压放大器的不同工作原理,并对其出力系数进行了推导.静电悬浮支承系统中的高压变压器与一般的电源变压器不同,文中对变压器的模型进行了深入的分析并进行了仿真研究.对高压放大器进行实验研究的结果表明,方波高压放大器比正弦波高压放大器出力系数增加80%以上.由于方波含有高次谐波,造成系统功耗变大,在采用开关调制模式后,方波高压放大器的高压输出能力加强,在输出1200V的高压时,功耗比原有的线性调制模式减小了约19.5%,这对于长时间工作的静电悬浮系统具有极其重要的意义.