基于浮子运动的三浮陀螺仪工作温度标定方法

针对三浮陀螺仪工业生产过程中,工作温度标定方法精度低、耗时长的问题,提出了一种以"浮子运动趋势拐点"作为判据的工作温度标定方法。首先对三浮陀螺仪磁悬浮标定温度进行可行性分析,然后建立陀螺仪浮子受力模型以归纳浮子运动规律,借助磁悬浮控制系统提供的浮子位置信息提出本方法。试验结果表明,该方法工作温度标定精度优于±0.02℃,较现行的"最小加力法"提高15倍以上,平均耗时缩短一半。

采用ANSYS的三浮陀螺仪框架的模态分析

基于振动理论在ANSYS10.0中建立三浮陀螺仪框架的三维有限元模型,采用Subspace法计算框架的前六阶固有频率和振型,并与试验模态分析进行对比。结果显示,基于有限元法得到的数据与试验模态分析基本一致,表明所建立的框架模型是有效的。同时通过分析仿真结果得到框架结构的薄弱部位,为框架进行进一步的动力学分析奠定了基础,对三浮陀螺的优化设计具有一定的借鉴意义。

三浮陀螺仪磁悬浮控制系统优化设计

在三浮陀螺仪中,磁悬浮系统的浮子定中精度对陀螺仪整体工作性能与精度具有直接影响。为提升仪表的性能与精度,开展了三浮陀螺仪磁悬浮控制系统优化设计工作,设计了一种全周期解耦控制的新型磁悬浮控制系统,进行了仿真测试与实验验证,能够有效抑制陀螺漂移,提高系统响应速度。配表实验结果表明:采用新磁悬浮控制系统后,陀螺漂移降至62%,稳定时间缩短为优化前的74%。

三浮陀螺仪径向有源磁悬浮位置检测建模与优化设计

针对三浮陀螺仪有源磁悬浮系统位置检测精度低,制约了陀螺浮子高精度悬浮目标的实现,陀螺精度的进一步提升受到了限制这一问题,结合陀螺磁悬浮的应用环境和结构特点,建立了八极式外转子径向磁悬浮元件的位置检测数学模型。基于该模型对元件设计的核心参数绕组匝数、定子外径、零位气隙等进行了优化,使元件在-15～15?m区间内位置检测灵敏度提高了23%,非线性误差降低16%。在此基础上对有源磁悬浮的控制算法进行了调整。仿真与实验结果表明优化后径向磁悬浮输出力学性能有所提升,在输出轴向上和马达轴向上两种姿态下陀螺固定位置漂移平均减小30%～50%,提出的建模与优化设计方法有效地提高了三浮陀螺精度。

浮油组分分离对三浮陀螺仪误差系数变化的机理分析

三浮陀螺仪浮子组件利用高密度浮油实现全液浮,用于卸载重力和消除机械支撑带来的摩擦力矩。但陀螺仪在某一位置长时间放置后,浮油组分分离形成的干扰力矩会造成一次项误差系数的变化。通过仿真计算、数学模型、试验测试证实了这种干扰力矩的存在,解释了浮油对三浮陀螺仪姿态变化精度的影响机理。

三浮陀螺仪沿输出轴误差系数D_o的产生机理分析

目前,三浮陀螺仪误差模型包含沿输出轴的一次项误差系数D_0,该误差项尚无明显的物理意义,但|D_0|的标定结果在0.0002(°)/(h·g)~0.015(°)/(h·g)。针对三浮陀螺仪的结构特点和测试方法分析了D_0的产生机理,通过调整安装误差角的试验说明安装误差角带来的天向地速和一次项分量会影响D_0,因此系统在选用陀螺误差模型时,需关注由测试方法带来的误差。同时,陀螺在设计、生产和调试过程中对安装误差角的影响应予以重视。最后用统计检验的方法说明D_0对误差模型的线性影响不显著,为系统选取陀螺误差模型提供依据。

三浮陀螺仪有源磁悬浮加力系统研究

三浮陀螺仪输出轴采用有源磁悬浮,系统工作在分时控制模式下,控制变量为总周期和周期内加力占空比。加力电源类型的选取以及加力电压幅值的确定对电磁力的大小、磁悬浮的功耗有很大影响,进而影响陀螺温度场分布和陀螺精度。在研究了磁悬浮元件电磁特性之后,给出了确定加力电源的基于磁路分析的Flux电磁仿真法。分析给出直流、正弦和方波这三种电源的加力幅值范围为1.7V^2V,并结合试验确定1.8V的方波电压加力为最佳方案。实验表明采用该方法分析加力电压是有效的,同时节省了大量实验探索的时间。

半球型动压气浮轴承陀螺仪的静态误差模型

为研究三自由度比力作用下半球型动压气浮轴承气膜变形对平台惯导中三浮陀螺仪输出的影响,提出了一种通过求解Reynolds方程来计算陀螺仪静态误差的数学模型。首先,在考虑气体稀薄效应条件下,针对三浮陀螺仪中的半球型动压气浮轴承给出对应的Reynolds润滑方程;然后,用有限差分法求解气膜压力场,并利用得到的载荷与转子位移计算陀螺仪静态误差;最终,通过回归分析,得到半球型动压气浮轴承陀螺仪的静态误差模型。为简化回归分析的过程,引入干扰力矩与比力的周向夹角和径向干扰力矩作为中间参数,将三元回归分析问题转化为二元回归分析问题。计算结果表明:径向干扰力矩随着轴向比力的增大而增大,随着径向比力的增大呈现先增大后减小的趋势;干扰力矩在周向上超前比力1.35~1.55 rad。本文静态误差模型可预测300 m/s^2以内任意方向比力作用下由转子位移所引起的陀螺仪静态误差。

一种提升三浮陀螺标定快速性的磁悬浮结构优化设计

针对三浮陀螺在单表测试和惯性平台标定过程中陀螺姿态变化时浮子跑动距离远、等待恢复时间长而影响平台标定快速性的问题,提出了一种提升三浮陀螺标定快速性的磁悬浮结构优化设计。在分析浮子的运动规律的基础上建立了浮子动力学模型和径向磁悬浮最小电磁力设计模型,并在现有约束条件下对径向磁悬浮进行电磁结构优化,提升其力能特性。实验结果表明,优化后浮子跑动距离由5μm减小到0.2μm以内,浮子回中等待时间由60 s缩短至10 s以内。在相同的标定环境下,陀螺姿态变换到位置后120 s开始采数,标定精度同比提高了约1个数量级,预计可以节约平台标定等待时间6~8 min,有效提高了三浮陀螺仪的标定快速性。

三浮陀螺有源磁悬浮位置信号采集电路研究

三浮陀螺仪对磁悬浮定中精度提出ε≤0.27μm要求,位移信号采集电路的灵敏度应该高于该要求,电路设计目标定为0.09μm,可以从位置信号采集电路L-R电桥、调理电路和A/D转换电路三部分保证这一目标。给出了两种最佳匹配电阻的估算方法,基于实测电感带入经典公式估算法和电磁仿真软件FLUX估算法,结果表明实验测试的最佳匹配电阻一般高于估算值约30%。推导了调理电路性能指标和A/D转换电路位数与定中精度的关系,结合试验验证了电路设计指标优于0.09μm,完成电路设计任务。