静电陀螺支承系统的控制问题

本文根据几年来研究静电陀螺支承系统的经验，分析和总结了支承系统的几个控制问题，并 取得了相应的结果。这些结果将有利于进一步改进支承系统的品质，并且为设计支承系统提供了 依据。 静电陀螺是一种高精度的新型陀螺。为了确保静电陀螺稳定、可靠、高质量地运行，必须要有一个高质量的支承系统，使陀螺高速旋转的转子（球）精确地支承于间隙极小的真空腔体（碗）之中［１］。如果支承系统稍有差错，往往就会使陀螺精度下降，乃至整个陀螺完全破坏。所以静电陀螺支承系统对陀螺来说具有特殊重要的意义。 本文根据几年来从事支承系统研究工作的经验，就支承系统的若干控制问题加以总结，以供参考。     

自由陀螺式静电陀螺找北仪原理与系统测试

提出了自由陀螺式静电陀螺找北仪的原理，并给出了系统测试结果。自由陀螺式静电陀螺找北仪采用角度法寻北方案，在工作中陀螺处于自由状态，通过光电传感器观测陀螺转子的表观运动角度，经过数据处理，得出方位角。为了降低陀螺漂移逐次启动不重复性对寻北精度的影响，系统引入两位置差动测量方法。实验表明，依据提出的方案研制的静电陀螺找北仪寻北时间小于３０ｍｉｎ，寻北精度可达１５″     

静电陀螺可控式被动阻尼方案研究

本文在研究球形转子运动规律的基础上,提出采用可控式被动阻尼程序启动陀螺的方案,以解决静电陀螺球形转子极性的不确定性。文章叙述的方案适合我国目前静电陀螺研制工艺,对提高静电陀螺的精度和改善可操性提供了一种有效途径。     

静电陀螺寻北仪的力学原理

静电陀螺仪是当今世界上精度最高的陀螺仪,研制静电陀螺寻北仪是为了寻求高精度的方位测量仪器。采用静电陀螺仪组成寻北仪可采用以下两种方式：力反馈方式和自由陀螺方式。前者水平方向包含两个力反馈回路,通过测量反馈回路电流得出方位角。后者陀螺自由转动数分钟,通过测量静电陀螺水平轴偏角得出方位角。该文讨论了力反馈方式和自由陀螺方式静电陀螺寻北仪力学原理,其中包括两种方式下坐标变换及获得方位角的算法推导,并得出结论。     

静电陀螺随机漂移的谱与最大熵谱分析

通过对静电陀螺随机漂移有限样本，在 ＩＢＭ－ＰＣ／ＸＴ微机上；用ＦＯＲＴＲＡＮ－７７编 制程序进行谱和最大熵谱分析，寻求改进设计达到提高静电陀螺的可靠性和精度的途径。     

静电陀螺寻北仪中的磁干扰

电磁兼容性的问题尤其对采用静电陀螺作为核心元件的高精度寻北仪越来越显得重要。有关静电陀螺的文献对于静电干扰讨论较多,本文则侧重对静电陀螺寻北仪中的磁干扰进行讨论。磁干扰包括外部磁干扰和内部磁干扰,外部磁干扰可通过严格的电磁屏蔽加以排除,对于内部磁干扰本文推导了有关数学关系式,必要时可以加以补偿。     

石英音叉陀螺机械及静电耦合误差的消除

为了消除石英音叉陀螺中音叉不对称产生的机械耦合误差及驱动电极与拾取电极间分布电容引入的静电耦合误差,分别采用了质量平衡调节消除机械耦合误差及设计补偿电路消除静电耦合误差的方法.实验结果表明,该方法基本消除了石英音叉陀螺的机械和静电耦合误差,陀螺性能得到明显提高.     

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。     

高精度伺服稳定跟踪平台数字控制器研制

以陀螺伺服稳定跟踪平台为背景，介绍了以DSP为处理核心的平台数字伺服运动控制器的研制．指出惯性速率环和电机速度环的本质不同；提出增加电机转矩(电流)环用于提高电机输出转矩线性度的方法，从而达到提高惯性速率稳定环的控制效果；介绍了以CCD图像或增量式码盘测角组成系统位置闭环，以光纤速率陀螺作为惯性速率反馈传感器组成系统速率闭环，附带电流反馈组成电机转矩(电流)环和速度、加速度前馈装置的前馈一反馈复合控制系统．组成伺服跟踪平台系统联调后测试结果表明，系统具有良好的动、静态性能指标和很好的控制效果．     

近似非线性滤波在陀螺漂移误差模型辨识中的应用

提出了应用近似非线性滤波技术，辨识陀螺漂移误差模型的方法。这一方法可以由伺服法测试数据中分离出陀螺漂移误差曲线，并通过粗精两种估计，能精确地辨识出陀螺误差模型。对静电陀螺仪实验数据分析结果表明，文中提出的方法完全能满足高精度陀螺仪漂移误差模型的建模要求。     

静电陀螺寻北仪静电力干扰的仿真分析

以静电陀螺仪为核心部件的静电陀螺寻北仪是一种高精度的寻北仪器,其中静电力干扰是主要干扰源之一。本文针对静电陀螺寻北仪中的静电力干扰进行仿真分析。图形仿真结果直观地表明了转子的二次谐波、三次谐波,沿ｘ轴、ｙ轴相对电极的面积差,沿ｘ轴、ｙ轴的电极错位以及转子中心相对电极中心的偏移对干扰力矩影响的性质及大小。仿真结果可作为结构及系统设计的参考。     

捷联系统中静电陀螺仪电干扰力矩的研究

本文从静电陀螺捷联系统应用方案考虑,用有限元法分析我国现有结构静电陀螺空心转子离心变形,转子结构模型的内表面由赤道环、过渡圆和圆球面三部分组成,外表面为椭球面.按支承电极的实际情况,推导了全姿态读取时离心变形中高次谐波产生的电场干扰力矩的表达式.仿真结果表明,现结构静电陀螺仪组成捷联系统,高次谐波将严重影响系统精度的提高,必须在干扰力矩模型中予以补偿.     

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。     

硅MEMS陀螺教学实验平台搭建

基于硅MEMS陀螺体积小，工作原理较抽象，课堂教学接受比较困难的问题，搭建了一种硅MEMS（ Micro electro-mechanical System）陀螺教学实验平台。该实验平台主要由高精度转台、MEMS陀螺芯片、A／D转换电路、单片机数据采集及处理电路、液晶显示装置等组成。通过高精度转台等标准标定装置，对实验平台的性能进行了评价。结果表明：系统性能良好，能够满足实验要求。     

静电陀螺支承系统的内模控制

针对静电陀螺支承系统超前-滞后PID控制器参数确定过程的复杂性,引入反馈控制器处理不稳定对象,处理后的对象采用一种改进的内模控制方法,推导了内模控制静电支承控制器的传递函数和系统闭环传递函数.结果表明,控制器可由新的稳定对象的逆、不稳定分量和一个低通滤波环节相乘得到,确定过程简单.给出了MATLAB环境下的仿真实验,仿真结果表明,采用内模控制的静电陀螺支承系统跟踪无静差,控制效果良好.     

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.     

光纤陀螺技术分布式测量思安江面板堆石坝面板挠度

阐述了高混凝土面板堆石坝面板挠度监测技术的最新进展，提出并首次在思安江混凝土面板堆石坝实现了混凝土面板挠度光纤陀螺(FOG)系统的测量技术，取得了令人关注的科研成果．研制的光纤陀螺具有小动态、高精度的特点；FOG系统运行管道的设计是合理的，且测值稳定、可靠、重复性好。     

静电陀螺可控式被动阻尼的实验研究

针对静电陀螺球形转子的极性不确定性,本文作者曾提出采用可控式被动阻尼方案解决这一问题。本文叙述该方案的实验研究,着重对实施中的有关技术问题作较为详尽的分析,并介绍极性控制器和极性控制试验情况。实验证明,可控式被动阻尼对解决静电陀螺球形转子的极性倒置问题具有实用价值。     

新型湿式静电除尘器研究

探讨了静电除尘和水雾除尘的理论，研制设计出了一种圆柱芒刺电晕极．并对其电晕放电效果和静电除尘效果进行了研究：重点研究了静电除尘和水雾除尘相结合的复合型除尘方法。结果表明，以圆柱芒刺电晕极为特征的静电水雾复合型除尘器具有较高的除尘效率，同时还具有结构简单、安全、适应性强、易于推广应用等优点，论文最后对静电和水雾相结合的复合型除尘机制进行进一步深入的理论探讨。     

静电悬浮微硅陀螺的空气阻尼特性

为保证静电悬浮微陀螺在工作状态下具有期望的动态特性,需要得到微陀螺六自由度运动的空气阻尼模型。根据流体力学和分子动力学的基本理论,在考虑空气流动状态、温度和气膜可压缩性的基础上,构建了描述微陀螺压膜阻尼特性的Reynolds方程,以及描述滑膜阻尼特性的Couette流模型。将微陀螺表头内部气膜分成了8个区,推导了气膜在大间隙振动、径向摆动和轴向旋转时的气膜阻尼系数。根据微陀螺的结构参数进行气膜阻尼仿真,结果表明:轴向压膜阻尼对微陀螺支承系统的动态特性影响最大,气膜间隙-气膜阻尼系数曲线呈抛物线型,气膜阻尼系数随温度呈线性变化。