全数字IMU方案研究

分析了现有IMU内部模拟电路的不足,提出全数字IMU方案和结构框图,其内容包括高精度模数转换电路、高速数学运算平台、陀螺数字伺服电路、高精度数字温控电路和以数字滤波数据融合为核心的计算方法。论证了陀螺回路数字控制方案、陀螺模糊温度控制方案,确定出陀螺回路A/D采样频率应大于3000 Hz,高精度A/D转换器采样频率应大于500 Hz,且位数不应低于18bit。最后,展示了已经研制成功的3项试验结果:24bit A/D与陀螺和加速度计联机实测结果、CPU和24bit A/D间接口通讯逻辑接口和基于模糊控制的陀螺温控系统。

大角动量无刷直流陀螺电动机的高精度稳速研究

介绍了一种大角动量永磁无刷直流陀螺电动机的高精度稳速控制系统。在研究无刷直流陀螺电动机运行原理的基础上,应用了一种简单实用的速度闭环控制策略,并在Simulink中建立电机本体及控制模型。陀螺电动机的主控制器由硬件电路和软件程序组成。DSP和CPLD作为控制器主体,以分段PI算法为稳速控制方法,两者配合实现了软起动、过流保护和稳速控制等功能。样机试验结果表明,该控制系统起动迅速、起动可靠性高及稳速精度高。

光纤陀螺仪测试系统设计与软件实现

介绍了一套光纤陀螺仪自动化测试系统,测试系统可以完成光纤陀螺静态测试、速率测试和环境试验测试等。测试系统硬件主要包括测试工控机、数据采集卡及环境测试设备,测试软件基于MicrosoftWindows系统和Microsoft Visual C++6.0软件开发平台。测试系统可以实现多通道光纤陀螺数据采集、分析与处理、动态显示,并控制速率转台和高低温试验箱等环境试验设备完成光纤陀螺多种性能测试。实际应用表明,自动化测试系统可以大大提高光纤陀螺的测试效率,满足批量化生产的需求,实现了测试过程的标准化。

一种改进三次谐波法的无刷直流电动机无位置传感器控制

分析三次谐波检测法的原理及实现方法,并通过实验测试,发现只检测三次谐波的传统方法存在自同步切换失败的情况。在此基础上,提出基于三次谐波检测和A相过零点检测共同定位的方法实现无刷直流电动机的无位置传感器控制。设计对应的位置信号检测电路,通过TMS320F28335的捕获单元完成对三次谐波位置信号和A相辅助位置信号的检测,并根据位置信号通过中断子函数完成电机的无位置传感器驱动。实验结果表明该方法实现简单且切换完全成功,位置精度和可靠性明显增强。

车载SINS/DR组合导航系统的在线标定方法

惯导系统中陀螺漂移和加速度计零位存在逐次启动不重复性误差,需在一定时期内频繁拆卸进行标定,增加了较大的工作量。从工程实用和维护的角度出发,提出了一种针对于车载组合导航系统的在线标定方法。该方法用卡尔曼滤波作为估计工具,利用里程计获得辅助信息,将惯导系统与里程计的位置和速度的差值作为量测值,通过设计接近于一般跑车实验过程的路径对待标定的误差项进行有效激励。仿真卡尔曼滤波结果表明,在一定的时间内各误差项根据车行轨迹进行逐步收敛,实现了在一般跑车实验中不拆卸惯性器件而达到标定的目的,且在精度上较 SINS 有了明显的提高。这种在线标定的处理方法给实际使用和维护带来了很大的便利,具有一定的工程实用性。

一种改进型指数趋近律的永磁同步电机滑模控制

针对传统指数趋近律的运动点在离滑模面较远时趋近速度慢,接近滑模面时速度过快的问题,提出了一种改进型指数趋近律,即向传统等速项中引入运动点的速度误差,从而改善了滑模趋近运动的动态品质,并对符号函数进行平滑处理,进一步削弱了状态变量到达原点前的抖振。仿真结果表明,新算法能有效提高永磁同步电机调速系统的动态与稳态性能。

数字滤波器在惯性测量装置中的应用

分析了数字电压表和数字示波器对惯性测量装置(IMU)模拟输出的测量数据。为了减少惯性测量装置模拟输出中的干扰信号对模数转换结果的影响,设计了数字巴特沃斯滤波器和中值平均滤波器。通过计算机仿真和实测说明:这两种数字滤波方法均可以在几乎不增加硬件的条件下提高IMU数字输出精度。

多电机同步控制技术发展简介

通过期刊文献检索,对近年来国内外学者有关同步控制技术的40余篇论文进行了分析,对比了不同控制结构、控制算法的性能及优缺点,总结了后续的研究重点,以期对我国在多电机同步控制技术领域的发展提供借鉴。

基于模糊PID的直流力矩电机转速控制

在分析模糊控制和 PID 控制结合方式的基础上,设计了一个二维模糊 PID 控制算法,该算法根据误差信号是否达到阈值来决定何时在模糊控制与 PID 控制之间切换。采用编码器、80196KC 单片机、16 位 D/A 转换器和直流力矩电并结合上述控制算法构成直流力矩电机的模糊PID 稳速控制系统。通过对标准 PID 和模糊 PID 实测数据分析比较说明,模糊 PID 控制可以达到无超调输出,其调节时间小于标准 PID 控制的调节时间,稳态误差小于万分之四。

三浮陀螺随机漂移数据建模

采用时间序列分析理论,通过实测数据对三浮陀螺的随机漂移建立了自回归滑动平均(ARMA)模型,详细探讨了数据处理与模型建立的过程。利用MATLAB设计了建模软件,减轻了数据计算的工作量,并分析了相关结论。结果表明,模型能准确反映陀螺漂移的特性。

基于三次谐波法的无刷直流电机控制系统建模

通过分析反电动势三次谐波信号与无刷直流电机换向之间的关系,构建基于反电动势三次谐波检测法无位置传感器的无刷直流电机的控制系统。主要研究了三次谐波信号控制电机的换向逻辑算法,通过Simulink中的计数器(Counter)模块实现电机的换向算法,使得系统仿真更加快速。同时,该系统还加入了转速的PID闭环控制及PWM模块,使其结果分析更加准确。在Simulink中对整个系统进行仿真,结果表明,该系统理论上可行,且系统仿真快速性较好,为后续实际应用提供了一定的参考价值。

用于组合测姿的Kalman渐消因子自适应估计算法

提出了适用于姿态测量的Kalman滤波渐消因子自适应估计算法,滤波中采用序贯处理的方法计算出每个量测量对应的渐消因子,在位置速度组合导航系统中,只有位置、速度的误差状态是直接可观测的,用序贯滤波处理计算得到的渐消因子对协方差阵中对应于位置和速度误差状态的对角元素进行自适应控制,抑制滤波发散,提高位置、速度和姿态的测量精度。半实物仿真表明,与原来的算法相比,修改后的方法不仅能够提供高精度位置、速度信息,而且还可以提供高精度姿态信息,其中航向误差在0.08°以下,俯仰和横滚误差在0.02°左右。

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。

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。

改进人工蜂群算法在谐振子参数优化中的应用

半球谐振陀螺是一种高精度、高可靠性、长寿命的新型固态陀螺仪。谐振子作为核心零件其性能决定着陀螺整体的性能。目前国内大多采用直径30 mm规格,其余结构参数均有所不同。寻找最优谐振子结构方案成为半球谐振陀螺研究的重点方向。首先通过关键参数提取,建立优化问题数学模型;然后介绍了改进人工蜂群算法;最后将改进人工蜂群算法应用到谐振子参数优化问题中,通过对比仿真目前工程应用方案与优化设计结果表明,谐振子性能有所提升。

耐高温永磁电机发展综述

介绍了耐高温永磁电机的发展现状,总结了耐高温永磁电机的技术特点,并对耐高温永磁电机的发展趋势进行了展望。

联邦滤波器在车载组合导航系统标定中的应用

为了克服使用转台标定工作量大、标定周期短的缺点,以联邦滤波器作为基础提出了一种针对于车载组合导航系统的在线标定方法;该方法由SINS(捷联惯性导航系统)、GPS(全球定位系统)、DR(航位推算系统)构成高精度、高自主性组合导航系统,通过一定的路径设计对系统中待标定的误差项进行有效激励,并阐述了联邦滤波器的融合算法;仿真联邦卡尔曼滤波结果表明,所标定的误差项在跑车实验过程中基本能达到收敛;这种在线标定的处理方法给实际使用和维护带来了很大的便利。

伺服作动系统中传动间隙的影响及其补偿方法

间隙在保障变速传动可靠进行的同时,对系统的性能也产生了很大的影响,因而对间隙的研究与补偿成为改善系统性能的关键问题之一。本文针对伺服作动系统中的传动间隙问题,对既有研究文献进行了归纳梳理。首先分析总结了间隙对系统性能的影响,表明间隙的存在会引起系统响应延迟、极限环振荡等问题;然后介绍了研究间隙的两种模型:迟滞模型和死区模型,分析对比了各模型的特点与适用场合,为间隙特性的研究与基于间隙模型进行补偿提供参考;最后列举了针对间隙影响的补偿办法,包括基于机械方法的消隙方案与以系统整体性能改善为目标的控制策略这两方面,并分析了各方法的优缺点,为克服传动间隙对系统造成的不利影响提供借鉴。

石英加速度计失准角超差分析及解决方案

针对石英挠性加速度计输入轴失准角容易超差的问题,提出了一种新型加速度计失准角调平系统。首先,通过分析加速度计调平原理,从材料、结构等方面对失准角超差的原因进行了研究;然后,通过有限元仿真分析以及环境试验验证,定位了失准角超差的主要原因。研究表明:失准角调平时,由于调平带来了表芯与表壳之间的调平应力,环境试验加速了表壳屈服,造成表芯空间位置发生变化,进而造成失准角超差。针对失准角超差的原因,颠覆性设计了一种非限制自由度的加速度计输出轴失准角调平系统,调平系统在满足微小装配间隙的情况下,表芯可以随着表芯进行随动,避免了挠性吊装螺杆因为变形而带来的应力。该系统可以进行任意方向的失准角调平,从根本上避免了输入轴失准角的超差问题。这种新型调平系统可以将加速度计失准调控制在极小范围内,而且表芯和表壳之间不存在任何调平应力。试验数据表明:新型调平系统可以使失准角趋近于零,且长期稳定性优于于5″。

一种机载无刷直流电机的设计仿真与优化

运用场路结合法研究7 W、1 560 r/min的机载无刷直流电机的设计和优化,采用等效磁路法进行基本方案的设计,又运用有限元软件进行静态磁路、空载、负载特性的仿真,并制造出样机进行验证。在此基础上,完成对极弧系数和每槽导体数的优化。实验结果表明:所设计的电机满足机载设备的尺寸、转速和电流要求,实测反电动势与有限元仿真结果一致。