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三浮陀螺磁悬浮干扰力矩机理分析

中国惯性技术学报 2017年第5期25卷 681-685页

作者：王雪邓忠武马宁北京航天控制仪器研究所北京100854 陕西航天时代导航设备有限公司宝鸡721000

在三浮陀螺磁悬浮的干扰力矩研究方面,详细分析了磁悬浮干扰力矩的产生机理,对机加和装配误差、磁性材料的不理想、调试过程等可能造成的磁悬浮干扰力矩进行了定性分析和定量计算,推导出干扰力矩的表达式,并通过组合加工的方法对磁悬浮... 详细信息

在三浮陀螺磁悬浮的干扰力矩研究方面,详细分析了磁悬浮干扰力矩的产生机理,对机加和装配误差、磁性材料的不理想、调试过程等可能造成的磁悬浮干扰力矩进行了定性分析和定量计算,推导出干扰力矩的表达式,并通过组合加工的方法对磁悬浮干扰力矩的力臂加以控制。目前的加工水平可以达到:径向磁悬浮干扰力矩1×10^(-8) N×m,对应的陀螺漂移8.4×10^(-2)(°)/h,随机分量4.2×10^(-6)(°)/h;轴向磁悬浮干扰力矩2×10^(-10) N×m,对应的陀螺漂移1.7×10^(-3)(°)/h,随机分量为8.4×10^(-8)(°)/h。

关键词：三浮陀螺磁悬浮干扰力矩机理分析

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三浮陀螺仪随机漂移模型研究

压电与声光 2009年第5期31卷 643-645页

作者：安学彬万彦辉中国航天时代电子公司第16研究所陕西西安710100

介绍了基于时间序列分析的陀螺仪随机漂移模型建模原理,对三浮陀螺的漂移数据进行了预处理,建立了陀螺的随机漂移模型,并对模型参数进行了估计。对所建立的5种模型进行了比较,并用两种模型适用性检验准则对模型进行了检验,得出了结论。

关键词：三浮陀螺随机漂移时间序列分析

基于位置信号的三浮陀螺仪有源磁悬浮干扰力矩补偿方法

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中国惯性技术学报 2015年第6期23卷 812-817页

作者：杨孟兴吴辽王卿申志刚张微中国航天科技集团西安航天精密机电研究所西安710100

针对高精度三浮陀螺采用有源磁悬浮之后带来新的干扰力矩问题,提出了基于位置信号的干扰力矩补偿法。对有源模式下径向元件电磁模型进行了分析,得出磁悬浮干扰的直接原因为同一坐标方向的两个极下磁场不对称,定、转子几何中心偏移越大... 详细信息

针对高精度三浮陀螺采用有源磁悬浮之后带来新的干扰力矩问题,提出了基于位置信号的干扰力矩补偿法。对有源模式下径向元件电磁模型进行了分析,得出磁悬浮干扰的直接原因为同一坐标方向的两个极下磁场不对称,定、转子几何中心偏移越大这种不对称性也越大。建立了磁悬浮干扰力矩常值部分和随机部分与定中位置、定中精度的关系数学模型,在陀螺测试输出中对其进行补偿。多次实验表明,引入该补偿算法后陀螺固定位置随机漂移精度平均提高了33%~42%,同时也提高了磁悬浮的定中精度,证明此方法有效。

关键词：三浮陀螺有源磁悬浮位置信号干扰力矩补偿

基于有限元分析方法的三浮陀螺用角度传感器优化设计

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中国惯性技术学报 2021年第1期29卷 95-100页

作者：吴辽王建青党建军杜鑫黄铭西安航天精密机电研究所西安710100

针对高精度三浮陀螺仪角度传感器要求尺寸约束不变的情况下进一步提升性能的需求,提出一种基于有限元分析的优化设计方法,避免了传统的磁路计算法需要多轮验证、效率低等问题。首先从变压器磁链方程出发推导建立了多级式动圈角度传感器... 详细信息

针对高精度三浮陀螺仪角度传感器要求尺寸约束不变的情况下进一步提升性能的需求,提出一种基于有限元分析的优化设计方法,避免了传统的磁路计算法需要多轮验证、效率低等问题。首先从变压器磁链方程出发推导建立了多级式动圈角度传感器的数学模型,确定了影响传感器灵敏度和激磁电流的主要设计指标:激磁绕组、输出绕组、气隙长度和工作半径,以及这些指标的取值范围。然后建立有限元参数化模型进行仿真,结合生产工艺情况给出了最佳的设计方案。实测角度传感器实验数据表明,所提出的设计方案使传感器灵敏度提高了35.8%,激磁电流变化控制在10%以内,满足角度传感器性能提升要求。所提出的基于有限元分析的角度传感器优化设计方法,具有工程参考价值。

关键词：三浮陀螺角位移传感器有限元分析优化设计

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三浮陀螺一体化电路的设计与仿真

计算机仿真 2012年第11期29卷 108-111页

作者：王雪朱志刚沙立北京航天控制仪器研究所北京100854

为实现三浮陀螺电路的小型化、高度集成化并提高系统控制精度,进行了温控、磁悬浮回路数字一体化研究。将三浮陀螺的温控回路控制电路数字化,利用单片DSP时分复用一个控制器实现三只陀螺共六条回路的分时控制。仿真结果表明三浮陀螺一... 详细信息

为实现三浮陀螺电路的小型化、高度集成化并提高系统控制精度,进行了温控、磁悬浮回路数字一体化研究。将三浮陀螺的温控回路控制电路数字化,利用单片DSP时分复用一个控制器实现三只陀螺共六条回路的分时控制。仿真结果表明三浮陀螺一体化电路的方案可行,提高了控制精度,并使得各控制参数调整灵活方便,满足系统精度和稳定性要求。为控制系统的优化设计奠定了基础,并有利于进一步提高三浮陀螺的性能。

关键词：三浮陀螺温控回路磁悬浮数字一体化

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三浮陀螺多轴磁悬浮响应性能优化控制研究

计算机仿真 2018年第9期35卷 65-69,109页

作者：王雪徐超邓忠武黄德北京航天控制仪器研究所北京100854

研究三浮陀螺浮子体多轴磁悬浮响应性能的优化控制问题。目前采用的输出反馈分散控制方法,存在难以避免的"跷跷板"和"H反馈"问题,造成系统中执行元件的平均加力增大、响应时间长。从刚体动力学基本方程出发,建立了完整的浮子运动状态空... 详细信息

研究三浮陀螺浮子体多轴磁悬浮响应性能的优化控制问题。目前采用的输出反馈分散控制方法,存在难以避免的"跷跷板"和"H反馈"问题,造成系统中执行元件的平均加力增大、响应时间长。从刚体动力学基本方程出发,建立了完整的浮子运动状态空间方程,进行了多轴磁悬浮控制系统的优化设计,设计了带补偿器的状态反馈控制系统。解决了多轴磁悬浮控制系统中采用输出反馈分散控制方法时存在的问题,实现了多入-多出耦合系统的解耦控制。试验结果表明,上述方法能有效的解决多轴磁悬浮控制中的耦合问题,降低磁悬浮元件的平均加力,加快磁悬浮系统的响应时间。

关键词：三浮陀螺磁悬浮响应性能优化控制

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三浮陀螺有源磁悬浮系统高精度控制技术研究

三浮陀螺有源磁悬浮系统高精度控制技术研究

作者：唐哲中国航天科工集团第二研究院

学位级别：硕士

磁悬浮技术在机电陀螺上的应用直接改善了陀螺输出轴的支撑环境,可以大大消除浮子组件与陀螺壳体间的机械接触,稳定浮子的质心位置,从而大大提高陀螺精度。本文研究并分析了不同控制方法对磁悬浮系统的影响,并进行了仿真与实验。首先,... 详细信息

磁悬浮技术在机电陀螺上的应用直接改善了陀螺输出轴的支撑环境,可以大大消除浮子组件与陀螺壳体间的机械接触,稳定浮子的质心位置,从而大大提高陀螺精度。本文研究并分析了不同控制方法对磁悬浮系统的影响,并进行了仿真与实验。首先,在磁悬浮系统结构的基础上,分析了有源磁悬浮系统的加力机理,研究了系统力学模型。以三浮陀螺浮子为研究对象,根据刚体一般运动的运动微分方程,建立了浮子5个自由度的动力学关系和浮子运动的状态方程,并对4种典型外作用下浮子运动规律进行了仿真与分析,又通过实验研究了在不同工况下陀螺浮子的运动规律。其次,针对输出反馈因耦合存在而导致的问题,对有源磁悬浮控制系统进行了状态解耦反馈控制,状态反馈对控制参数的调整更加灵活,仿真结果表明,状态反馈系统能够有效地增大系统刚度,减低磁悬浮加力。在状态反馈的基础上,对各个通道设计了经典PID控制器。由于经典PID的控制参数不能随系统状态进行调整,往往很难达到最优的控制效果,因此又设计了模糊PID控制器,采用模糊PID控制器能够对控制参数进行在线调整,通过仿真验证了模糊PID控制的优越性。最后,在简单分析有源磁悬浮硬件电路各组成部分的原理及功能的基础上,以某型号三浮陀螺为试验平台,设计了模糊PID控制算法,并对控制算法进行试验,验证了算法可行性。

关键词：三浮陀螺有源磁悬浮状态反馈模糊PID控制

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基于神经网络的三浮陀螺仪控制算法的研究

基于神经网络的三浮陀螺仪控制算法的研究

作者：张慧杰西安理工大学

学位级别：硕士

三浮陀螺仪在军事战略仪器,航空航天设备等领域中有着十分重要的地位。我国对三浮陀螺的研制,比国外晚了近30年,截止目前我国三浮陀螺仪的精度与国外相差2-3个数量级。因此提高三浮陀螺仪精度及稳定性仍然是行业里的重中之重。本文针对... 详细信息

三浮陀螺仪在军事战略仪器,航空航天设备等领域中有着十分重要的地位。我国对三浮陀螺的研制,比国外晚了近30年,截止目前我国三浮陀螺仪的精度与国外相差2-3个数量级。因此提高三浮陀螺仪精度及稳定性仍然是行业里的重中之重。本文针对三浮陀螺仪的磁悬浮控制系统开展了进一步研究,旨在设计精度更高的有源磁悬浮控制算法。本课题依据西安航天十六所的现有技术水平以及通过阅读大量的科研资料,确定以三浮陀螺控制系统为研究内容,针对三浮陀螺仪在动态工作情况下存在多个输入输出变量,并且变量之间具有不确定性的耦合关系以及系统模型复杂无法精准确定等问题,设计两种不同算法并应用于控制系统,对比分析其控制效果。本文所做工作如下:(1)研究三浮陀螺仪的工作原理及其加力原理,并对本系统进行了整体阐述,然后分别对系统的位置检测、中心控制、输出加力以及浮子组件等部分进行了理论分析与模型建立;(2)分析陀螺浮子在外力干扰下的运动规律,以经典PID控制原理为基础,对三维浮子仿真模型的软件平台进行设计与实现,然后分析研究不同的适用于多变量控制系统的解耦控制算法,并通过仿真实验比较,选出既可以解决各个方向变量之间存在的耦合关系对系统精度的影响,又可以实现控制参数可调的高精度磁悬浮控制算法;(3)为了使算法更加贴合实际需求,本文提出了一种将神经网络结构应用于PID控制的算法,充分应用神经网络对控制环境的强适应能力,通过模型训练来进行自身调节从而获得控制参数的最优解:并且由仿真实验,验证了神经网络PID控制的高效性;最后,将控制算法应用在实际的三浮陀螺仪试验转台上进行试验,实验结果显示陀螺的固定位置漂移精度有所提高,“跷跷板”效应有所减弱,说明了该算法的可行性。经过仿真和实测的数据对比,充分验证了本文提出的神经网络PID控制算法在三浮陀螺控制系统中的优良性能。同时,该算法又减弱了控制系统的多变量耦合效应,为三浮陀螺的性能提高提供了良好思路。

关键词：三浮陀螺磁悬浮控制多变量耦合 PID神经网络

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三浮陀螺伺服测试误差系数估计方法

导航与控制 2017年第1期16卷 97-103页

作者：王永彤朱志刚郭宗本徐超北京航天控制仪器研究所北京100039

为了更好地解决工程实际中三浮陀螺极轴伺服测试时误差系数估计问题,采用了Kalman滤波和递推最小二乘的方法。试验结果证明,Kalman滤波方法能够有效地估计出极轴伺服测试时的陀螺误差系数。用统计检验的方法分析了该模型以及各系数的显... 详细信息

为了更好地解决工程实际中三浮陀螺极轴伺服测试时误差系数估计问题,采用了Kalman滤波和递推最小二乘的方法。试验结果证明,Kalman滤波方法能够有效地估计出极轴伺服测试时的陀螺误差系数。用统计检验的方法分析了该模型以及各系数的显著性,结果显示对D_(vz)和D_(zz)的估计是显著的。

关键词：三浮陀螺伺服测试 Kalman滤波误差系数估计显著性分析