陀螺稳定平台建模分析

建模分析是研究和设计陀螺稳定平台的关键步骤.合理的平台模型有助于分析误差来源并设计相应的控制策略,为研究制造高精度陀螺稳定平台提供基础.本文在阐述陀螺稳定平台的硬件组成和单轴控制结构的基础上.分析了误差源以及轴间耦合问题.针对非线性摩擦力、陀螺漂移和机械谐振3个平台误差重要来源,进行平台模型建立与分析方法的研究,并讨论平台其他环节的模型.基于以上分析,面向解耦后的单轴控制系统,建立一种综合性的模型.该模型为包括电流环、速度环、稳定环和位置环在内的四环控制系统,其中非线性摩擦力部分使用了LuGre摩擦模型,并分析整体模型的特点.为研究陀螺稳定平台模型及误差补偿策略提供了一种模块化建模分析的方法.     

稳定平台非线性影响因素对比实验分析

稳定精度是光电稳定(像)平台的核心指标,从实验的角度来研究稳定精度的非线性影响因素的影响程度。为此建立了单轴稳定平台的物理模型,并建立了该平台的拉格朗日动力学方程。分析动力学方程中的非线性因素,主要包括电刷摩擦、线扭矩、陀螺非线性、力矩波动。充分考虑影响因素,设计能够定性验证这些因素的实验平台(稳定框架和伺服控制系统)。利用单一变量原则,完成了四组对比实验,分析实验数据,摩擦、陀螺性能以及力矩波动等因素对稳定精度影响显著。因此设计人员研制光电平台时,应该充分关注电机、陀螺等元件的性能参数。     

观测器在电控罗经快速启动中的应用研究

术文研究了一种新的电控陀螺罗经的快速启动方法,即采用状态观测器,通过状态反馈实现极点配置,使陀螺罗经快速启动。文中讨论了陀螺罗经在静基座和动基座上的快速启动方法,对系统的各种非线性效应及误差作了分析。数字仿真结果表明:采用此法后,电控陀螺罗经在静基座上的快稳时间比原来缩短了一半以上;罗经在动基座上的快稳时间可减少到半小时以内。     

陀螺稳定平台的非线性失稳与抖振

本文的目的在于指出高精度陀螺稳定平台可能出现非线性失稳及抖振等非线性现象并说明其发生的规律。在评论了已有资料讨论此类非线性现象时的缺陷之后,针对陀螺稳定平台某些具体的因素抽象出非线性系统模型。使用了谐波线性化的描述函数方法来研究这些非线性系统,特别着重考察了出现非线性失稳和抖振的可能性。给出了典型参数下的计算结果,并提出了既能保证平台精度又能避免非线性失稳的可能技术方案。     

一种陀螺稳定平台的设计与实现

陀螺稳定平台,也称为惯性平台或者陀螺平台,简而言之,就是通过对陀螺仪特性的利用,来保证平台台体方位稳定的一种装置。陀螺稳定平台主要用于对运动载体姿态进行测量或者对载体上的部分设备起稳定作用,无论航天器、舰船、飞机或者导弹,都离不开对陀螺稳定平台的运用。该文就在陀螺稳定平台的基础上,研究设计了性价比相对较高的一种陀螺稳定平台,即低空遥感小型三轴陀螺稳定平台,这种平台不仅精度高、稳定性强,而且成本相对较低,非常适用于测绘领域。     

动基座上陀螺平台水平精度统计测量方法——谱分析法

本文提出一种统计测量动基座上陀螺平台水平精度的方法。这种测量方法首先在静基座上测量系统的传递函数,然后测量动基座上系统输入的功率谱;再根据系统的传递函数和系统输入的功率谱,计算得到系统输出的功率谱;最后由系统的角度/电压转换系数和系统输出的功率谱来评价陀螺平台的水平精度。     

陀螺稳定平台动基座启动方案初步分析

本文介绍了用锁定回路在动基座上启动二自由度陀螺稳定平台稳定系统的一种方案,并作了初步分析。首先从陀螺理论导出了系统的数学模型,用李亚普诺夫法分析了系统在定常及时变两种情况下的稳定性得出系统的稳定性条件,以及为了满足这种条件采取的措施。     

自由陀螺的章动特性

设有三自由度的自由对称陀螺,取 O_z 轴为其对称轴,并假设基座静止,支点 O 为原点.可以建立坐标系 Oξ,Oη,Oζ,陀螺外环轴设为 x_0,沿ξ方向, Oξ,Oη,Oζ坐标系与稳定平台固结.绕ξ转动α角后的位置为外环坐标系(x_0,y_0,z_0),y_0为内环轴,外环系绕 y_0转     

干摩擦阻尼对失谐叶盘系统受迫振动的影响

针对目前含非线性干摩擦阻尼结构的失谐叶盘系统振动特性研究中,非线性干摩擦接触模型的建立及高自由度非线性系统的求解问题,采用抗混叠时频域融合算法和三维微滑移摩擦接触模型,对某含有非线性干摩擦阻尼结构的失谐叶盘系统的受迫振动响应进行计算分析,研究了干摩擦阻尼结构对失谐叶盘系统受迫振动响应的影响,并对含接触面非线性干摩擦失谐和叶盘系统失谐耦合作用下的双重失谐叶盘系统的振动特性进行了研究。结果表明:非线性摩擦阻尼结构对失谐叶盘系统的振动有抑制作用,在文中参数条件下振幅平均下降了9.53%;摩擦阻尼结构对失谐叶盘中每支叶片的减振效果存在差异,每支叶片达到最佳减振效果时所对应的最优初始正压力不同;接触产生的摩擦失谐对失谐叶盘系统同样有减振的作用;当接触面法向刚度失谐与叶盘系统的失谐强度和失谐量分布相同时,摩擦阻尼减振作用比摩擦力协调时减弱,在文中参数条件下振幅平均下降量减少了3.45%。     

垂直陀螺“TC—7”的模拟试验分析

本文讨论了“TC-7”在静基座上存在输出自振的机理,通过模拟试验说明了产生自振的原因是由于液体开关的惯性,陀螺内、外环上的干摩擦力矩及其相互交链的影响;从理论上导出了自振振幅α_m、周期T_0。的表达式;并用实验定性地验证了分析的正确性;指出了提高“TC-7”精度的途径。     

静电陀螺稳定平台的设计与实验测定

本文总结了清华大学多年来与有关研究院、工厂协作研制静电陀螺稳定平台的实际经验。研制出了我国第一台静电陀螺三轴平台，包括机械结构、电子线路及控制系统。 试验测定表明，设计、制造和调整的方法在理论上是正确的，在工程实践上取得的成果是可用的。这些经验可以用于研制静电陀螺惯性导航系统和监控器。     

用改进的摩擦模型计算带阻尼结构叶片的响应

提出了一种改进的Ｏｄｅｎ摩擦模型,用于模化非线性干摩擦阻尼,并给出了叶片系统的运动微分方程．用该模型计算了一个５片成组叶片系统的振动响应,研究了阻尼联接件在叶片的不同高度位置上以及不同的激振力和正压力数值对阻尼叶片振动特性的影响,得出了一些有参考价值的结论．     

双质量微机电陀螺驱动轴结构不对称误差辨识

双质量微机电振动陀螺驱动轴振动的对称性是影响陀螺性能的重要因素,造成振动不对称的主要原因是驱动电容、检测电容和弹性梁刚度都存在不对称误差。该文建立了非理想双质量陀螺驱动轴的动力学模型,分析了刚度不对称和驱动力不对称对陀螺振动特性的影响。弹性梁刚度不对称误差是导致双质量块振幅不等的主要因素。提出了一种通过扫频测试和数据处理辨识不对称误差的方法,采用该方法对所研究的双质量陀螺的不对称误差进行了辨识。依据误差辨识参数对驱动轴振动模型的频率响应特性进行了计算,计算结果和测试结果一致,验证了该辨识方法的准确性。     

一种机载稳定平台伺服控制系统的设计与实现

介绍了一种机载四框架两轴陀螺稳定平台的工作原理及伺服控制电子线路设计的主要内容,并对控制系统俯仰速率稳定回路进行了数字仿真.提出通过平方滞后校正环节提高系统稳定精度,结果表明该稳定平台伺服控制系统设计有效可行.     

干摩擦阻尼结构对失谐叶盘振动局部化的约束作用

为了研究干摩擦阻尼结构对失谐叶盘系统振动局部化的影响,采用能够复现局部微动滑移特征的三维微滑移干摩擦模型和抗混叠时频域融合算法,对含干摩擦阻尼结构的失谐叶盘系统进行了强迫振动的计算模拟。比较了考虑围带处干摩擦阻尼和未考虑干摩擦阻尼时叶片振动响应的变化及局部化因子的大小,并研究了干摩擦阻尼参数在失谐叶盘系统减振控制中的影响规律。计算结果表明:干摩擦阻尼结构可降低失谐叶盘系统振动响应的局部化程度,叶片间的摩擦约束力完全不同,每支叶片所对应的最优初始正压力及最优摩擦系数均不相同。由于干摩擦阻尼结构对失谐叶盘中每支叶片的减振效果存在差异,在进行失谐叶盘系统减振设计时需考虑摩擦控制参数与各个叶片之间的匹配问题。     

轮盘搭接干摩擦接触结构转子减振特性研究

轮盘搭接干摩擦接触结构转子广泛应用于航空发动机、燃气轮机等机械中，搭接结构在旋转时系统的振动响应发生变化，会影响设备的正常运转，因此有必要对搭接摩擦结构转子的振动特性进行研究。考虑到搭接结构的接触面的干摩擦特性，采用带有迟滞特性的宏观滑移模型模拟搭接结构的接触面摩擦，将转子工作时搭接结构接触面的非线性摩擦力转化为等效刚度和等效阻尼的影响。搭建搭接转子试验台，并与非搭接结构转子和螺栓连接结构转子进行对比，试验结果表明：当轮盘搭接结构转子旋转时，搭接接触面出现相对滑移，通过摩擦耗散振动能量，从而达到减振效果；螺栓连接结构和搭接结构均可降低转子振动加速度的最大值，且轮盘搭接结构转子的减振效果优于螺栓连接结构转子；增加搭接间隙会导致振动位移增大。     

转子/定子碰摩系统的非线性模态及其在干摩擦反向涡动响应预测中的应用

为了分析转子/定子碰摩系统中的非线性模态,确定交叉耦合效应对非线性模态的影响以及非线性模态在预测系统干摩擦反向涡动响应中的作用,针对一个考虑了定子运动学特性以及转子和定子间交叉耦合效应的四自由度转子/定子碰摩系统,用解析方法求解了其线性和非线性模态,分析了系统干摩擦反向涡动响应的涡动频率,确定了激发干摩擦反向涡动的临界速度与系统模态之间的关系。分析结果表明:系统存在2个负的线性模态频率;随着碰摩面摩擦系数的增大,其负的非线性模态频率由1个增加到3个;系统的2个负线性模态频率不但是相应非线性模态的边界,也是干摩擦反向涡动频率的上边界;非线性模态存在的最小摩擦系数就是发生干摩擦反向涡动失稳的最小摩擦系数。此项研究可为转子/定子碰摩系统的响应预测提供新的思路。     

带阻尼结构长叶片振动响应的研究

研究了大型汽轮机长叶片的阻尼结构对叶片振动的减振原理及效果。首先引入了干摩擦非线性连接元，并进而推导出摩擦力附加刚度及附加阻尼矩阵，建立了有限元动力方程。其次用摩擦阻尼情况下的振型叠加法编制了有限元程度，研究了叶片阻尼凸肩间的正压力和叶片响应的定量关系，找出了规律，在此基础上用８５１叶片作为算例，验证了干摩擦阻尼模型的合理性及程序的正确性。     

水轮发电机轴承横向振动响应的时间有限元法

研究水轮发电机轴系的横向振动力响应仿真计算方法,考虑了轴系的陀螺效应和轴承参数的非线性,采用基于Galerkin格式的不连续时间有限元法,给出了水轮发电机机组轴系统动力响应的时间有限元计算方法,据此开发了计算仿真程序,进行了实例计算和分析,并分析了各种因素对系统动力响应的影响,该方法可用具有非线性问题的转子系统的力响应仿真计算。     

四轴陀螺稳定平台的变结构分区控制

为使四轴陀螺稳定平台适应运载体全纬度、全姿态工作的要求,从运动学角度分析了四框架轴控制信号的特点。将陀螺输出信号及框架角传感器信号组合形成观测变量,给出选择不同组合时控制信号的配置方案。该方案采用完整的观测矩阵形式,可准确计算中框轴、外框轴控制信号,补偿回路增益的变化。结合避免框架锁定的要求及实际电动机驱动力矩有限的条件,提出了中框轴、外框轴的分区变结构控制方案。基于Simulink的计算结果表明:该控制方案完全避免了框架锁定且切换过程平稳,为在载体全纬度、全姿态工作的条件下实现台体的惯性空间稳定提供了必要保障。