基于离心力和陀螺力矩效应的“主轴-轴承”系统动力学特性研究

研究"主轴-轴承"系统在高转速场中受离心力和陀螺力矩影响的动力学特性对于提高主轴系统运行稳定性有重要的作用。在扩展Harris滚动轴承非线性分析模型、建立滚动轴承耦合刚度矩阵的基础上,建立了一种综合考虑主轴离心力效应和陀螺力矩效应的"主轴-轴承"系统动力学数字模型,并借助锤击模态实验验证了其准确性;分析论述了主轴离心力效应、主轴陀螺力矩效应及滚动轴承运行刚度对"主轴-轴承"系统在高转速场中的动力学特性的影响规律。通过模型分析计算表明:当轴承处于超轻预紧(EL)工况时,主轴的高速效应比轴承运行刚度对"主轴-轴承"系统动力学特性的影响更大,尤以主轴陀螺力矩效应的影响最为突出。

电磁轴承陀螺力矩耦合及其交叉解耦分析

对飞轮类转子的电磁轴承的陀螺力矩耦合现象进行分析,并对径向四自由度系统建模,应用软件方法在控制中对其进行速度交叉解耦补偿.系统解耦前后的仿真对比表明,消除了陀螺力矩耦合对系统在高速下的稳定裕度的影响,并提出了低、高速采用不同控制方法的新思想.

锥齿轮少齿差章动传动陀螺力矩的分析及优化

将“章动”引入齿轮传动 ,依据动力学理论 ,分析和探讨了锥差章动传动中的陀螺力矩的计算方法 ;

陀螺力矩为哥氏惯性力矩质疑

绕对称轴高速旋转的转子当旋转轴在空间中改变方位时所表现出的抗阻力矩,通常称为陀螺力矩.国内外不少陀螺力学著作,包括笔者在内,都将陀螺力矩解释为刚体各组成质点的哥氏惯性力的主矩.有些书中以荡圆盘转子为例进行验证.本文对此提出疑问.讨论一般情况下任意刚体绕定点 O 的转动.

基于陀螺力矩的永磁悬浮转子稳定性分析

为了探讨永磁悬浮转子的稳定性,从能量的角度分析了引入动能后存在稳定悬浮的区域。根据陀螺效应的成因建立了陀螺力矩的解析式,分析了自由转子在受迫进动情况下实现稳定的最低临界转速,同时将该结论引申到受外力矩下的转子稳定的最低临界转速。同时得出了转子参数对临界转速影响的规律:转子绕对称轴的转动惯量越大,转子的临界转速越小;转子绕x轴或y轴方向的转动惯量越小,转子的临界转速越小;转子质量-长度系数越小,转子的临界转速越小。转子的临界转速越小,那么转子越容易达到稳定悬浮状态。

计算转子陀螺力矩的梯形单元法

受应力分析中有限单元法的启示,本文作者提出了一种计算转子陀螺力矩的新技巧,它将一个旋成体模拟为一组由梯形断面的圆环装配而成的离散结构,首先对每一个圆环单元计算转动惯量,然后进行叠加可得转子的转动惯量和陀螺力矩。此法便于编写成计算机程序。作为一个实例,介绍了如何将此法应用于进动离心机转鼓的设计。

谈国军标GJB241—87中的外部作用力和陀螺力矩

本文收集了国军标GJB241—87和各种外国军标有关军用航空发动机外部作用力和陀螺力矩的要求,以及提出这些要求的依据。对这些要求的必要性和在我国条件下达到这些要求的可能性进行了探讨。

考虑陀螺力矩时轴的临界转速计算

在考虑陀螺力矩对轴临界转速的影响的前提下，通过影响系数建立了方程，给出了临界转速的解，并通过算例进行了计算。

陀螺力矩的力学实质及陀螺效应对弹丸运动规律的影响

提出了旋转稳定炮弹陀螺力矩的统一表达式，论述了其力学实质，分析了陀螺效应对弹丸运动规律的影响，讨论了传统的陀螺力矩与本文的陀螺力矩的差别及其引起的弹丸运动规律的差异。指出这种差异在大射角时是显著的。

滚珠丝杠副滚动体陀螺力矩计算及分析

滚珠丝杠副滚动体在自转的同时还在作绕丝杠轴线的公转运动,滚动体的这种运动产生陀螺效应。笔者根据陀螺力学相应公式,推导了滚珠丝杠滚动体陀螺力矩的近似计算关系式,通过算例演示了所推导关系式的使用方法,揭示了滚珠丝杠滚动体在丝杠副启动或停止阶段所产生的陀螺力矩会远大于其稳定工作阶段所产生的陀螺力矩的事实。

基于Simulink的发动机陀螺力矩建模

本文对飞机发动机转子快速旋转产生的陀螺力矩进行分析,在Matlab/Simulink环境下的六自由度非线性仿真模型中增加发动机转子模型,进行仿真对比分析并判断模型的可信性。

应用变速控制力矩陀螺的航天器姿态自适应控制

为提高敏捷挠性航天器在轨连续机动的快速性和高稳定性,应用变速控制力矩陀螺(variable speed control moment gyroscopes,VSCMGs)作为姿态控制执行机构,提出了一种将观测器与自适应控制结合的姿态控制律与VSCMGs复合操纵律。考虑到机动过程中挠性模态及精确惯量不可知,采用模态观测器和转动惯量估计器对不可测的状态或参数进行辨识,辨识结果用于精确估计前馈补偿力矩,利用Lyapunov分析方法证明了闭环控制系统的稳定性。鉴于VSCMGs实际使用的力矩分配能力、避奇异能力、轮速平衡能力与末态框架角定位能力,分别设计了加权伪逆操纵律与3种对应的零运动。基于雅可比矩阵条件数提出了末态框架角的优选方法,给出了VSCMGs零运动在机动过程不同阶段的部署方案。结果表明:通过连续姿态机动数值仿真验证了所提算法的有效性;VSCMGs在连续机动过程中平滑切换模式,在不同的机动阶段实现了相应功能。模态观测值和惯量估计值在多次机动后收敛至真值附近,经过参数辨识后的控制器使航天器在机动末端更快更稳地达到指向精度要求。

空间站核心舱舱外大型控制力矩陀螺热控设计与验证

针对舱外大型力矩陀螺结构复杂、热耗高、传热路径差,且对温度控制具有严格要求的问题,以空间站核心舱为例,文章提出了从系统热控需求出发,以辐射为主、电加热为辅的热控思路,并建立了仿真分析模型,得出了布局位置、轨道姿态、设备周围环境对陀螺热状态的影响。经与在轨遥测数据对比分析,结果表明:该热控设计工作合理有效,可为控制力矩陀螺在轨温度预示提供依据,为其他舱外大型复杂设备热控设计提供解决思路。

基于控制力矩陀螺的航天器功率最优姿态控制

本文研究基于控制力矩陀螺利用零子空间的航天器姿态控制功率优化问题.航天器采用4个为一组的控制力矩陀螺(CMG)作为姿态控制执行机构.对于N-CMG(N≥4)组而言,如非进入奇异构型,控制的解空间存在一维自由度的零运动.利用该自由度,根据设定的功率函数,可通过局部优化算法在零运动空间求解功率最优解.将该功率最优化算法分别应用于姿态跟踪任务与姿态稳定任务,仿真结果表明,这种功率最优算法对姿态稳定任务具有更好的功率优化效果.

控制力矩陀螺微振动时的固有频率波动机理研究

为了解控制力矩陀螺(CMG)与蜂窝板的共振机理从而指导微振动地面试验,建立了一个蜂窝板上CMG的等效动力学模型。通过等效板理论和薄板理论推导蜂窝板刚度矩阵的半解析解;结合随框架角变化的CMG惯量矩阵和陀螺矩阵获得CMG固有频率及其波动的变化规律。并提出控制力矩陀螺的设计建议,以期为CMG的地面试验设计提供理论支撑和指导意见,解决CMG与蜂窝板的共振问题。

基于神经网络的控制力矩陀螺自抗扰解耦控制

针对Model750控制力矩陀螺(control moment gyroscope,CMG)的耦合及扰动问题,提出一种基于径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络逆系统和线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的控制力矩陀螺复合解耦控制方法。利用神经网络的非线性逼近能力构建逆系统并与原系统串接,将原系统解耦成2个等效的伪线性子系统;采用线性扩张状态观测器估计等效系统的残余耦合项和扰动项加以补偿,并与比例微分(proportion differentiation,PD)控制器形成闭环以提高系统的动态控制性能。对提出的控制方法与PID-RBF逆控制方法进行仿真对比,结果表明:该方法可有效实现Model750系统的解耦,具有更好的动态控制性能和鲁棒性。

二自由度控制力矩陀螺姿态稳定性优化控制研究

【目的】对控制力矩陀螺(CMG)外框架路径跟踪存在的强耦合性和外部干扰等问题,提出一种基于非线性滑模控制的姿态稳定优化算法。【方法】根据建立的二自由度CMG动力学模型来推导出标准的仿射形式,利用李导数(Lie derivative)来明确输入和输出关系。将设计好的滑模控制器应用于CMG外框架角度跟踪指定的参考轨迹中,使用功率趋近律来减小抖振影响,并通过设计李雅普诺夫函数来确保其闭环稳定性。【结果】Matlab仿真结果表明,使用非线性滑模控制器能有效控制CMG的非线性、强耦合性和不确定性等,同时可使CMG外框架的角速度保持稳定,证明滑模控制CMG的可行性。【结论】设计出的滑模控制器能满足CMG外框架姿态调节和渐进稳定的要求,对比试验结果表明,在相同条件下,滑模控制的控制精度和鲁棒性要优于自适应控制和串级PID控制。

应用于控制力矩陀螺电源模块的线性非线性协同控制器设计

对控制力矩陀螺电源的控制器进行研究,基于对线性控制器及非线性控制器的分析,设计了线性非线性协同控制器并搭建硬件模型,在电源系统动态调整阶段采用非线性控制器,在稳态阶段采用线性控制器。该方案较单一线性控制器提升了电源系统的动态性能,并保证了系统的稳定性及可靠性。对该鲁棒控制器进行了仿真分析并搭建实物,通过实验验证了相较线性控制器,使用协同控制器的电源模块在控制状态切换时,下冲量与调节时间分别减少了45%及58%,证明了该协同控制器能够有效提升CMG电源系统的动态性能。

一种抑制控制力矩陀螺框架电机共模电压的方法

控制力矩陀螺作为执行机构,是保障航天器在轨寿命和工作性能的核心部件之一。为了抑制控制力矩陀螺外框电机的共模电压,提高控制力矩陀螺的在轨寿命,提出了一种三相四桥臂的拓扑结构与优化的SVPWM调制算法结合的共模电压抑制方法,调制过程中避免零矢量的使用,使驱动器可以保持在平衡状态,经过仿真试验的结果对比分析,验证了这种方法可以有效地抑制系统的共模电压。

基于RTWT平台的控制力矩陀螺LQR方法研究

控制力矩陀螺是一种常用的航天器的执行机构,广泛应用于卫星、空间站中.为了掌握控制力矩陀螺的原理,针对控制力矩陀螺Model750装置组成进行了介绍,为该装置建立了近似的数学模型,基于RTWT实验系统平台及线性二次型调节器为其设计了最优控制器,并且设计了控制器参数,进行实物控制验证,得到的曲线说明了控制器的有效性.