基于等效变预载法的静电加速度计闭环零点调节

闭环零点位置对差动电容式静电加速度计性能具有重要影响,闭环零点偏离机械零点会增大标度因子非线性。为精确调节闭环零点,提出了一种等效变预载闭环零点调节方法,能够在预载和反馈电压不对称情况下实现闭环零点位置的精确辨识和调节。利用静电加速度计原理样机测试了闭环零点调节前后的系统非线性特性,实验结果表明采用上述方法进行闭环零点调节后,表征标度因子非线性的二次项系数由-1.7×10-7降低为-3.3×10-8,验证了上述方法的有效性。

有源静电悬浮系统的变预载控制

在基于静电悬浮轴承的惯性仪表中,为了保证系统的承载能力,需要选取很高的预载电压;而为了提高惯性仪表的精度,希望选取较低的预载电压以减小电场干扰力矩。为解决此问题提出了一种固定低预载与连续变预载相结合的控制方案,通过将被控对象精确反馈线性化和增益补偿后,能够保证系统性能基本不受预载电压变化的影响。实验表明,系统的预载电压降低了56.7%,高压放大器的功耗降低了45.3%。

固体润滑轴承的变预载跑合系统设计与试验

分析了MoS2薄膜用于固体润滑轴承的润滑机理,阐述了对MoS2固体润滑轴承进行跑合的必要性,详细介绍了所设计的变预载轴承跑合系统,进行了轴承的变载荷跑合试验,并对试验结果进行了简要分析。

力反馈式微机械加速度计刚度的自适应调整

为了提高模拟力平衡式电容微机械加速度计的鲁棒性和分辨率,对系统的非线性进行了研究。通过分析系统的数学模型,认为力发生器的非线性会引入一个可变负刚度。在传统方案中,为保证加速度计满量程时总刚度大于0,预载电压要小于失稳预载的0.707,这就造成在加速度输入较小时其总刚度较大,从而影响其阈值以及小输入时的分辨率。为弥补传统方案中力矩器非线性对系统分辨力的影响,本文应用自适应理论,提出一种基于总刚度不变的变预载自适应调整方法来提高闭环系统的鲁棒性和分辨率。设计了一种基于DSP的数字式微机械加速度计并进行了试验。试验结果表明,采用自适应调整方案后,加速度计在0g附近的分辨率由43.2μg提高到11.3μg,1g附近的分辨率由36.4μg提高到12.1μg,这些数据验证了自适应调整方案对系统性能的改进。

静电悬浮加速度计轴间耦合误差角的在线测量

静电悬浮加速度计轴间耦合误差角与悬浮质量块的平行度误差有关,而常规方法很难测量其大小和方向,故本文提出了一种变预载轴间耦合误差角在线测量方法。通过分析悬浮质量块平行度误差、耦合误差角、姿态角与静电力耦合的关系,推导了变预载法进行在线耦合误差角精确测量的原理和公式。设计了静电悬浮加速度计原理样机,并利用该样机对提出的测量方法进行了实验验证。实验测得X向对Y/Z向耦合误差角分别为-5.10×10-4 rad和2.36×10-5rad,与理论分析相符。该方法同样适用于Y向对X/Z及Z向对X/Y的耦合误差角的在线测量。上述结果表明该方法可以有效、精确地完成静电悬浮加速度计不同轴之间耦合误差角的在线测量。

静电悬浮转子微陀螺悬浮控制系统的研究

针对一种新颖的基于MEMS技术的静电悬浮转子微陀螺,提出了悬浮控制系统的原理和设计,并着重对Z轴悬浮控制系统的设计进行了分析,建立了Z轴方向悬浮控制系统的数学模型,通过分析扰动力对转子位移的影响,得出PID(比例-积分-微分控制)参数决定动态刚度,通过仿真结果可以看出,采用反馈线性化可补偿系统的负刚度特性,结合变预载控制实现转子的快速准确定位,为后续的旋转和加矩控制提供良好的条件。