基于单线振动台的角振动试验系统研究

目的 考核陀螺类产品在角振动环境下的适应性。方法 开发基于单线振动台的角振动试验系统,该系统以线角转换原理为依据,设计铰接机械结构,将线振动台的平动自由度转换为转动自由度。以角振动控制原理为依据,设计控制流程,实现闭环控制。结果 开展了角定频试验和角扫频试验,对系统的控制效果进行了验证。对比了线参数控制和角参数控制2种方法,结果表明,角参数控制法具有更高的控制精度。由于闭环控制的作用,角参数控制法可通过驱动电压的调整直接影响角参数值,从而抵消了部分由于系统连接、解耦或振动引入的误差。结论 该角振动试验系统解决了双台角振动旋转半径受限、线能力受限等问题,克服了摇摆台频带过窄的问题,为角振动试验提供一种新的实施方法。

角振动校准装置激励源的现状与发展

针对惯性器件性能评价的需求,说明了研究角振动校准装置的必要性。根据现有角振动校准装置的构成,详细分析和总结了各种角振动激励源的工作原理、特点和不足,列举了国内外部分典型系统的主要性能参数;介绍了标准角振动测量系统的主要实现方法。根据角振动校准装置激励源的相关研究现状,分析、探讨了其今后的若干发展趋势;所得出的展望和结论可供该领域研究人员作为参考和借鉴。

基于机器视觉的数字式角振动传感器动态校准方法

低频角振动传感器在惯性导航、姿态估计及精密控制等领域具有广泛应用,其灵敏度校准精度是决定应用系统性能的关键。激光干涉法与圆光栅法是最常用的两种校准方法,然而前者需要昂贵与复杂的系统,后者的校准频率范围与应用场景有限,难以满足日益增长的高性能角振动传感器校准需求;通过采用具有亚像素级边缘提取精度的机器视觉法准确地测量低频角振动传感器的输入角激励,以实现宽低频范围的灵敏度可靠校准,同时保证校准精度与效率。与激光干涉法及圆光栅法的对比试验表明,机器视觉法与激光干涉法及圆光栅法在0.01~5.00 Hz范围内具有相似的校准结果,最大相对偏差分别约为0.6%和0.4%;此外,整个频率范围内,机器视觉法校准的最大灵敏度相对标准差约为0.5%。

基于角振动的内燃机功率监测谐次特征分析

基于内燃机动力学与振动模态理论,分析内燃机轴系角振动与输出功率之间的关系。结合激振力矩相位特性和轴系振型分析,采用强简谐角振动幅值作为功率监测特征。根据直列6缸内燃机实验数据,考虑角振动幅值特性,确定4.5谐次为功率监测的最优特征。在全工况下采用4.5谐次进行功率监测的平均误差为2.94%。

基于机电类比的线-角振动激振器参数辨识

针对电磁式线-角振动激振器动力学参数难以直接获取的问题,提出一种基于机电类比原理的动力学参数辨识方法,可获取该激振器单轴和耦合振动的动力学参数。首先,介绍了电磁式线-角振动激振器的结构组成及工作原理,并建立激振器单轴振动以及耦合振动的运动微分方程;其次,基于导纳型机电类比原理建立含力学参数的单轴振动以及耦合振动机电类比模型;最后,根据机电类比模型建立含动力学参数的阻抗公式,结合附加质量法得到激振器动力学参数辨识模型,进一步通过数值仿真验证模型有效性,仿真结果表明:该方法具备较高的辨识精度以及抗噪声能力,各参数的辨识相对误差均在5%以内。

衍射光栅外差激光干涉法角振动校准技术研究

开展了角加速度校准方法的研究和基准装置的研制。介绍研制的稳态正弦角振动激励系统和衍射光栅马赫-泽德干涉仪，以及结合采用正弦逼近法外差测量技术。角加速度国家计量基准装置在角振动频率0．05Hz～1．2kHz、角位移大于300。和角加速度大于2000rad／s^2测量范围内，可实现角加速度幅值和相位的精确测量。实验数据和测量不确定度分析结果表明，装置校准高精度角加速度传感器的测量扩展不确定度优于1％（k=2）。

高频角振动激励源设计及关键技术

针对现有力矩电机驱动角振动激励源频率难以超过100 Hz、波形失真大、不能满足宽频高精度角振动校准需求的现状,提出采用框式结构电磁驱动方法,显著降低驱动线圈电感以实现驱动力快速响应,并采用精密轻质空心杯空气轴承实现轴系定位,以克服摩擦力、提高回转定位精度,结合有限元分析仿真,将空气轴承转子与励磁线圈骨架进行整体优化设计,使轴系固有频率提升至2800 Hz以上。新的角振动激励装置的测试结果表明,工作频率范围达到600 Hz,角加速度波形失真度小于2%,可实现1 kg承载和1760 rad/s2最大角加速度,超出德国PTB角振动标准给出的50g承载和1400 rad/s2最大角加速度的技术指标,可更广泛用于高精度角振动校准及角运动传感器的动态性能评价。

宽频带电磁式角振动校准系统研究进展

在分析激光干涉测量法基础上,阐述了A类和B类激光干涉角振动测量的系统组成、测量原理、数据处理和测量范围,特别指出角振动台性能直接影响角振动校准结果。在此基础上,分析了角振动台国内外研究现状,指出各种类型的性能参数、应用范围和局限性。建立了宽频带角振动台的机电耦合方程,对其所涉及的高扭振频率运动部件设计技术、强而均匀气隙磁场磁路结构设计技术及可调电粘弹性支撑装置设计技术等关键技术进行了深入分析,并给出了相应的研究思路和建议。

杯式结构磁电式高频角振动台实现关键技术

针对力矩电机驱动角振动激励源频率难以超过100Hz、波形失真大、不能满足高频角振动测试需求的现状,提出采用杯式结构磁电驱动方法。显著降低驱动线圈电感以实现驱动力快速响应,采用橡胶扭转弹簧实现轴系支撑,以克服轴承摩擦力,结合有限元分析仿真,将转子与励磁线圈骨架进行整体优化设计,使轴系固有频率提升至2400Hz。所研究角振动激励装置经实际测试,最高工作频率可达700Hz,主要工作频段内角加速度波形失真度小于3%,可广泛用于高频角振动校准或角运动传感器动态性能评价。

动载体光电平台角振动隔振设计

动载光电系统具有机动灵活、实时准确、视场范围广、针对性强等特点,是获得各种图像信息的主要平台。光电系统由于受内部和外部振动的影响,其任务载荷在相对恶劣的环境下工作,为提高任务载荷的成像质量,有必要对光电平台的振动环境加以改善,减少对成像质量影响较大的角振动。通过对动载体平台振动及其对成像质量的影响分析,根据动力学普遍原理建立了两轴四框架光电平台的隔振模型,采用在内外框架之间对称的弹性布局方案,有效地解除了线振动对角振动的耦合影响;合理地选择弹性参数,有效提高了角振动的隔离效果。

惯性导航平台角振动抑制技术

为了抑制惯性导航平台的角振动,基于隔振理论,建立了具有弹性支承的六自由度刚体在基座位移激励下的振动微分方程.分析了振动方程解耦的参数条件;依据惯导平台减振系统线振动固有频率尽可能低、角振动固有频率尽可能高的设计原则,利用抗扭软轴来增加系统的角刚度,并采用有限元模型进行了数值仿真.模态分析结果表明,设置抗扭软轴后,角振动模态频率提高至无抗扭软轴时的2.3倍左右,且对线振动模态频率不产生影响.频率响应分析结果表明,抗扭软轴能够提高平台角振动固有频率,表征角振动的位移频率响应共振频率由27 Hz提升至64Hz左右,并且角刚度的增大使角偏移降低了一个数量级.由此表明,采用抗扭软轴来增大惯导平台减振系统角刚度、抑制角振动是有效可行的.

内燃机曲轴角振动诊断的单谐次准刚体模型

针对目前用于曲轴角振动诊断的刚体和弹性动力学模型的局限,利用简谐角振动的正交性,从单谐次的角度,提出了“单谐次准刚体模型”,讨论了满足“单谐次准刚体模型”条件的两种情况,建立了既准确又简便实用的角振动简谐诊断动力学模型。根据“单谐次准刚体模型”和简化后的基本关系式,可建立一套适用广泛、诊断准确、简便实用且不依赖轴系结构参数或大量实验的内燃机曲轴角振动简谐诊断新方法,简化了基于曲轴角振动的内燃机工作状态监测、停缸号诊断、故障缸功率损失率诊断和漏气缸位诊断方法。

角振动对光学成像系统传递函数影响分析

对光电平台的角振动对光学成像系统传递函数(MTF)的影响进行了研究,利用几何分解方法将角振动分解、等效成像点相对于像面的线振动,建立了角振动参数与像点相对像面的线振动参数的关系式,并通过分析纵向、横向的高频、低频线振动对光学系统MTF的影响,推导出线振动参数与MTF的量化关系式,得到了对应的角振动参数对系统MTF影响的量化关系。结合工程实际,分析了各频率角振动的来源,提出了减小角振动对成像质量影响的具体措施。

非均匀采样条件下光纤陀螺微小角振动信号检测技术

航天器在轨运行过程中,由于内部存在多种活动部件,会使结构体产生微小角振动,微小角振动呈现振幅较小、频率较高的特点,微小角振动会造成光学载荷成像质量的下降。光纤陀螺从组成原理上具有宽频带和高灵敏度的特点,能够输出采样周期内的角度增量,可以作为微小角振动测量部件。但是,基于航天器整体时序的综合考虑,无法对光纤陀螺进行均匀采样,提出了非均匀采样条件下的频谱分析方法,将经过非均匀采样得到的整周期时间序列进行傅里叶变换,得到原始信号的幅值和频率,进而实现微小角振动的高精度检测。通过数字仿真和六自由度微振动台试验验证了上述方法的可行性,检测精度优于0.04″。

一种改进的重复控制器在高频角振动转台中的应用

针对高频角振动转台在高频段跟踪周期信号的精度低问题,提出一种改进重复控制器设计方法。在重复控制的前项通道中引入可调增益,给出该系统稳定的条件以及控制器参数的确定方法,并论证了该方法的误差收敛和跟踪精度。仿真和实验表明,在高频段改进的重复控制器与PID控制器相比较,提高了转台正弦跟踪精度,改善了谐波失真度和高次谐波对转台角加速度的影响,同时也提高了系统的鲁棒稳定性。

捷联惯组减振系统角振动、线振动共振频率理论分析

当前实际工程中,角振动试验技术和设备尚不成熟。以指导捷联惯组减振系统设计过程为目的,结合捷联惯性组合减振系统对角共振频率的特殊要求,对线振动、角振动共振频率的关系进行了分析与讨论。建立了捷联惯性组合减振系统的动力学模型,得到了捷联惯组减振系统数学模型,利用刚体动力学方法分析捷联惯组的转动惯量和回转半径,得出理想情况下捷联惯性组合减振系统线共振、角共振频率存在一定的比例关系,并与减振器安装中心到转动中心线的平均距离和惯组回转半径有关的结论。最后讨论了改变减振系统刚度和减振器布置方式两种改变共振频率的方法,并对两种方法进行了比较。

一种卫星微角振动高精度测量方法

卫星微振动引发的结构微角振动限制了高精度卫星指向精度和姿态控制稳定性,因此有必要对其进行在轨测量。为准确测量卫星结构微角振动,文章在对比不同的测量方法后,提出了一种基于磁流体动力学(Magnetohydrodynamics,MHD)微角振动传感器的卫星结构微角振动高精度测量方法,并针对由动量轮引起的有效载荷微角振动的特性,进行了仿真和试验验证。试验结果表明,其测量精度满足现阶段卫星控制的要求。此方法能为卫星扰动源的定位及卫星的主动减振反馈提供依据。

微型双框架角振动陀螺仪的原理及结构误差分析

给出了内框驱动、外框敏感、电容检测的微型双框架角振动陀螺仪的的运动方程和其运动规律。

光纤陀螺测量卫星结构角振动的地面试验验证

针对结构角振动对卫星光学载荷成像影响大,且在轨微振动实时测量较困难的问题,文章对比了国内外角振动测量方法,提出利用光纤陀螺实时测量角振动方法,利用角振动激励台对光纤陀螺测量结果进行了标定,其测量精度满足要求,并测量了动量轮组合工作模式下的卫星载荷安装板的角振动特性。地面试验结果表明:此测量方法合理可行,可为增强卫星在轨的抗振性、提高有效载荷指向精度和稳定度提供参考。

基于光纤陀螺与经验模态分解的航天器微小角振动检测技术

航天器在轨运行过程中,由于内部多种活动部件的存在,会使其结构体产生振幅较小、频率较高的微小角振动,这会影响航天器有效载荷的正常工作。光纤陀螺作为航天器的姿态测量部件,在设计原理上具有高带宽的特点,针对航天器微小角振动的特点,提出采用光纤陀螺测量该振动信息,同时提出采用经验模态分解的方法将光纤陀螺输出信号分解成各个时间尺度上的本征模态函数,再经过Hilbert谱分析方法检测出微小角振动信息。通过星载测试试验对该方法进行了有效性验证,结果表明:采用经验模态分解技术能够实现航天器微小角振动信号的检测,为航天器微小角振动的高精度测量提供了新手段和新方法。