陀螺电机轴承小样本非等间隔的寿命预测研究

现有轴承寿命预测的研究成果直接应用于陀螺电机轴承时,存在轴承振动信号难采集、模型使用小样本、非等间隔数据建模精度低等问题。选取陀螺电机电流信号作为可测信号并制定执行标准,截取有效电信号;提取初值化均方根值和Renyi熵作为退化特征以描述轴承寿命。设计的非等间隔、融合经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和生物地理学算法(Biogeography-based Optimization,BBO)的灰色模型(Grey Models,GM),即非等间隔EMD-BBO-GM(1,1),其包括间隔变化、数据分解、模型构建和参数优化共4个模块,可实现轴承寿命预测功能。选取小微挠性陀螺电机进行轴承寿命预测试验。研究结果表明,新模型使用两种退化特征获得的预测寿命与实际寿命相当,拟合精度不低于98%,预测精度不低于95%;与标准GM(1,1)相比,预测精度提升量为24.975%,间隔变化、数据分解和参数优化3个模块的贡献度分别为90.94%、3.64%、5.42%。

自抗扰控制在陀螺电机稳速控制中的应用

陀螺电机的转速稳定性影响着陀螺仪性能,为提高永磁同步陀螺电机(PMSGM)的稳速控制精度,提出速度环采用自抗扰控制(ADRC),滤波环节采用基于模型自适应滤波算法的方法。将ADRC应用于陀螺电机矢量控制系统中,其速度环替代传统比例积分(PI)控制,减小速度环输出波动,从而提高陀螺电机的稳速精度;采用基于模型自适应滤波算法代替传统低通滤波算法,无需相位延时补偿并使估计得到的反电动势波形更为平滑,提高转子位置角估计的准确性和稳速控制精度。因此,设计开发PMSGM矢量控制器,仿真及实验结果表明:所提方法相较于传统控制方法,有效地提高了陀螺电机的稳速控制精度。

液浮陀螺仪可靠性技术分析

在可靠性设计与分析的基础上,针对某型液浮陀螺仪技术特点,对影响其可靠性的各种关键因素做了较为详细的分析,同时对陀螺电机这一关键部件提出了可靠性设计方法。通过技术分析提出设计该型高可靠性液浮陀螺仪的关键因素及方法。

长寿命、低功耗、低噪声液浮陀螺仪技术分析

根据我国目前液浮陀螺仪的应用特点,结合已应用于型号的单自由液浮陀螺仪产品,对研究并设计新型长寿命、低噪声、低功耗液浮陀螺仪的各种关键因素做了较为详细的分析,通过分析提出设计该型陀螺仪采取的方法。

陀螺电机可靠性研究

YT - 1型单自由度液浮速率积分陀螺仪作为基本的惯性姿态敏感器已广泛用于我国高、中、低轨道各类卫星的姿态和轨道控制系统中。陀螺可靠性对卫星执行任务的成败至关重要。陀螺电机的可靠是决定陀螺可靠性的关键。本文着重分析研究了陀螺电机故障的不可预见性、陀螺电机预载量的确定及实施方法。

液浮陀螺电磁场有限元分析

针对液浮陀螺的永磁陀螺电机漏磁场可能造成陀螺噪声大的问题,需首先搞清永磁陀螺电机的漏磁场量值及分布以及与之可能产生耦合力矩的力矩器端部漏磁的量值及分布。用有限元软件ANSYS对其内部主要电磁元件进行了三维有限元数值计算,得出这些元件的气隙磁密分布图和它们的漏磁形式及大小;分析得出陀螺电机的外圆柱面和力矩器端部存在着较大漏磁,两者存在着磁场的耦合作用。在设计中应对陀螺电机的外圆柱面和力矩器的端部施加磁屏蔽。

基于DSP的两相无刷直流陀螺电机稳速系统

为了进一步提高陀螺仪的寻北精度,分析研究了陀螺电机转速大小和转速精度对寻北结果的影响。在此基础上设计了一种基于TMS320LF2407A的两相无刷直流陀螺电机控制系统,阐述了两相无刷直流电机的工作原理,给出了电机的简化结构及数学模型,并通过对硬件系统和软件算法的设计实现了两相无刷直流陀螺电机的闭环控制。实验结果表明:系统可以很好地完成电机的启动、制动和平稳运行,转速精度优于10-6,满足陀螺仪的工作要求。

半球型动压气体轴承陀螺电机设计及性能测试

针对高精度三浮陀螺用半球型动压气体轴承陀螺电机的启停寿命问题,对半球型动压气体轴承的设计理论以及保证轴承在电机工况下能可靠启停的一些关键技术进行研究.其中轴承间隙和螺旋槽结构参数是影响轴承可靠启停以及其力学性能的关键因素,将螺旋槽结构参数作为变量,通过改变变量参数来分析轴承力学指标的变化趋势,得出螺旋槽各关键参数与轴承刚度的关系曲线;通过有限元法仿真分析并校核了电机在工况下轴承的稳定性,证明了轴承间隙参数设计合理.在此基础上研制了半球型动压气体轴承陀螺电机样机,并进行专项的电机启停寿命试验,启停次数满足陀螺不少于3 000次指标要求,满足高精度三浮陀螺的使用要求.

轴向磁路永磁陀螺马达电磁参数的优化设计

本文以三维磁场的二维近似方法计算了轴向磁路永磁陀螺马达的气隙磁场，分析了马达的磁路结构，在磁场和电势计算的基础上推导出马达铜耗的计算方法。以气隙、极对数和磁极内径为变量，以铜耗为目标函数对轴向磁路永磁陀螺马达进行了优化设计。

对数正态分布下基于LSM航空陀螺电机寿命预测

为了准确预测航空陀螺电机寿命,利用对数正态分布函数来描述其寿命分布,采用最小二乘法(LSM)估计了对数均值、对数标准差及加速参数,对陀螺电机寿命是否服从对数正态分布进行了K-S检验,并利用自行开发的寿命预测软件计算出平均寿命和中位寿命。结果表明,航空陀螺电机寿命满足对数正态分布,其寿命特征和温度应力的关系符合阿伦尼斯方程,预测出的陀螺电机寿命精度较高,利用精确计算的加速参数可实现在短时间(10 h)内估算其寿命,为航空陀螺电机设计提供技术参考。

球轴承陀螺电机预载荷的影响分析

在全面讨论预载荷对陀螺电机用精密角接触球轴承内部特性产生的变化和影响的基础上,研究分析了轴承预载荷对陀螺电机轴系刚度、摩擦力矩、寿命、转速、振动和噪音等性能的影响和作用。在充分考虑陀螺仪性能要求的前提下,提出了一种陀螺电机预载荷的确定方法,提高了陀螺电机预载荷确定的合理性。

无线高精度角位置跟随监控系统研究

为弥补当前位置跟踪系统控制精度不高和有线数据传输的不便,设计了一种高精度无线角位置跟随控制系统。采用多量程高精度L3G4200DH三轴陀螺仪作为角位置传感器,通过2.4G NRF24L01无线射频收发芯片实现数据传输,以ARM Cortex-M3作为微控制器,使用模糊PID全闭环控制算法对伺服电机进行控制,并且加超前校正和前馈环节,改善角度输入响应滞后,从而减小系统的跟随误差。同时采用无线视频模块实时监控伺服电机状态。通过仿真和实验证明,伺服系统在精度和实时性上有了很大提高,动态跟随精度达到了10-3,具有较好的跟随特性,同时无线数据传输方式将给远程控制和特殊作业环境带来极大的便捷。

积分反馈自抗扰控制力矩陀螺框架伺服系统设计

设计了永磁同步电机直驱的控制力矩陀螺(CMG)框架伺服系统,并提出积分反馈自抗扰控制(ADRC)伺服跟踪算法用于实时跟踪CMG操纵律输出的框架角速度指令。首先,采用电机轴电流id=0的矢量控制策略建立了CMG框架伺服系统的数学模型;然后,分析摩擦力矩和齿槽力矩对CMG框架伺服系统性能的影响,并在Matlab中搭建速度环采用ADRC的框架伺服仿真系统;最后,对框架伺服系统的速度环分别采用模糊PI、ADRC、积分反馈ADRC算法进行实验。实验结果表明:采用积分反馈ADRC算法跟踪0.1～2.0rad/s时,稳态精度为0.005～0.012rad/s;跟踪0.0～0.1rad/s时,稳态精度为0.001～0.005rad/s,临界爬行速度为0.003rad/s;跟踪2sin(t)rad/s速度曲线时,幅值误差为0.55%,相位滞后0.09978rad。结果满足CMG框架伺服系统精度高、鲁棒性强的要求。

大跟踪场图像导引头位标器设计

针对有限结构尺寸下设计大跟踪视场位标器的难点,该文对某低成本电视图像导引头位标器的设计进行了研究。采用双框架动力陀螺稳定位标器,通过优化设计位标器的结构和关键器件,不仅实现有限结构尺寸下的大跟踪视场,而且可以实现图像探测系统整体稳定和减小电磁干扰对图像探测系统的影响。理论分析表明:该位标器动力陀螺的章动振幅很小。

陀螺灵敏部的精密升降定位控制

设计了基于微型旋转步进电机的陀螺灵敏部精密定位测量控制的结构,采用最优化升降速原则,实时精确定位,实现步进电机的稳态运行控制,并实现陀螺灵敏部下放时精确的位置和速度控制,时间短,效率高,克服了人工下放、托起陀螺房带来的耗时和不稳定性。实验结果表明:应用步进电机自动精确定位可以控制陀螺灵敏部摆幅为53′～139′,陀螺仪实现精密的寻北特性,寻北重复性定位精度达到8″。

控制力矩陀螺用高性能永磁无刷直流电机研究

无刷直流电动机作为控制力矩陀螺驱动电机,要求具有10倍的最大功率倍数,这给电机的设计带来很大难度。该文提出的绕组换接运行,在满足控制力矩陀螺驱动要求的前提下,不但可以使电机最大功率倍数、从而使系统逆变器容量降低,同时可以大大降低系统的损耗、提高系统的运行效率。通过理论分析和样机试验证明了绕组换接的有效性。

陀螺仪马达轴承预紧力测试方法研究

分析了陀螺马达轴承预紧力对陀螺性能和寿命产生影响的机理;从理论出发推导了确定最佳预紧力的计算公式;针对目前马达预载荷测试中存在的问题,提出了一种切实可行的测试方法。

轻型舰载天线双轴稳定平台伺服控制器设计研究

双轴稳定平台可以隔离舰船摇摆对舰载天线通信质量的影响;在研究平台隔离舰船运动原理的基础上,提出了一种电机转矩环,陀螺速度环和平台位置环的三闭环伺服控制器;其中电机转矩环提高了电机输出转矩的线性度;陀螺速度环利用光纤陀螺仪作为速度反馈传感器来构成稳定平台系统在惯性空间速度闭环,采用Fuzzy+PID控制相结合的复合控制策略,有效隔离舰船运动对平台姿态的影响;配合由二维水平倾角仪作为位置传感器的平台位置闭环,构成双轴稳定平台伺服控制系统;系统联调测试结果表明,系统稳定精度在1°以内,满足设计指标和精度要求,且系统动、静态性能良好。

陀螺感应型无刷电动螺丝刀调速控制研究

采用陀螺感应技术实现调向调速控制可使无刷直流电动机驱动的电动螺丝刀的智能性和操作舒适度得到提升。依据陀螺仪的应用特点,研制了陀螺感应型无刷电动螺丝刀系统。详细叙述了数字控制模块和陀螺感应模块电路的设计;采用了转速电流双闭环控制策略,操作控制策略和陀螺感应控制策略的综合控制方法,给出了程序流程图。最后完成对原理样机测试实验,实现了应用陀螺感应功能的无刷直流电动机驱动的电动螺丝刀用户操作舒适性和智能性的提升。

无刷直流陀螺电机的高精度恒速控制

介绍了一种能够实现三相绕组无刷直流陀螺电机的锁相恒速控制方法,所提出的定脉冲三相移电路是将高精度的参考脉冲信号移相成频率不变、相位差为120°的三组脉冲信号,分别与各相反电势检测整形的反馈信号进行相位比较,由该比较输出的数字脉冲信号直接控制电机的三相绕组导通工作。锁定时,使电机反电势的频率脉冲与参考脉冲成为一一对应的关系,电机就处于高精度恒速运行。通过样机试验,其恒速控制精度达到0.001%。