【摘要】：球形轉(zhuǎn)子是靜電陀螺儀的核心部件,其質(zhì)量不平衡將引起與轉(zhuǎn)子同頻的振動(dòng),開(kāi)展抑制球形轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)的研究是研制高精度靜電陀螺的關(guān)鍵。本文提出了采用陷波濾波器來(lái)抑制轉(zhuǎn)子振動(dòng)的方法,文中重點(diǎn)闡述了陷波器參數(shù)的選取方法,并研究了引入陷波濾波器后陀螺支承系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)剛度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的變化,其主要內(nèi)容和成果包括: 推導(dǎo)出了描述偏心轉(zhuǎn)子的球心位移、靜電干擾力與靜電支承系統(tǒng)頻率特性之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。理論分析表明,系統(tǒng)主動(dòng)剛度的變化會(huì)影響轉(zhuǎn)子的球心位移和靜電干擾力。進(jìn)一步分析顯示,陷波器能夠改變系統(tǒng)的主動(dòng)剛度,在其中心頻率附近,主動(dòng)剛度會(huì)降至零,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸跡點(diǎn)位于質(zhì)心附近,球心位移和靜電干擾力都會(huì)減小。對(duì)于反饋線性化后的系統(tǒng),轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸跡點(diǎn)則完全和質(zhì)心重合,轉(zhuǎn)子繞慣性主軸旋轉(zhuǎn),靜電干擾力降至零。 分別研究了傳統(tǒng)陷波器和通用陷波器的特性及其參數(shù)的確定方法,通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)比較了二者對(duì)陀螺支承系統(tǒng)的影響。結(jié)果顯示,當(dāng)傳統(tǒng)陷波器的中心頻率大于系統(tǒng)的剪切頻率時(shí),支承系統(tǒng)的穩(wěn)定性不被破壞,因此其中心頻率的選擇受到系統(tǒng)參數(shù)的限制;而通用陷波器通過(guò)T矩陣,可以靈活調(diào)整零極點(diǎn)的分布,因此易于保證系統(tǒng)穩(wěn)定性,陷波器的參數(shù)選取不受支承系統(tǒng)特性的限制。 為了在DSP上實(shí)現(xiàn)給出的陷波器算法,需要將連續(xù)域中設(shè)計(jì)的陷波器離散化。本文討論了離散化時(shí)需重點(diǎn)考慮的兩個(gè)問(wèn)題:采樣周期的選取和頻率畸變。綜合各方因素,最終選定采樣周期為40μs,并給出了基于matlab函數(shù)進(jìn)行頻率預(yù)畸變的離散化方法。 電模擬實(shí)驗(yàn)表明,引入陷波器后,系統(tǒng)閉環(huán)帶寬和諧振峰基本沒(méi)有改變,而系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)剛度在中心頻率附近有顯著變化,對(duì)于低帶寬系統(tǒng),動(dòng)態(tài)剛度在中心頻率附近提高了,而對(duì)于高帶寬系統(tǒng),動(dòng)態(tài)剛度在靠近中心頻率左側(cè)下降,在右側(cè)上升;系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)表現(xiàn)出“蠕形”現(xiàn)象,“蠕形”的幅值與陷波器衰減系數(shù)和方波激勵(lì)信號(hào)的頻率有關(guān)。減小衰減系數(shù),“蠕形”幅值就可以減小;當(dāng)轉(zhuǎn)子頻率是方波激勵(lì)頻率的偶數(shù)倍時(shí),“蠕形”幅度最小,當(dāng)奇數(shù)倍時(shí),“蠕形”幅度最大。 計(jì)算結(jié)果表明,加入陷波器后使得轉(zhuǎn)子徑向不平衡振動(dòng)引起的靜電干擾力
【圖文】：

受到的靜電干擾力和力矩與支承系統(tǒng)的頻率特性有直接關(guān)系，因此本的有二:一是通過(guò)電模擬實(shí)驗(yàn)和仿真來(lái)觀察，陷波器串入支承系統(tǒng)后，閉環(huán)特性、剛度特性的影響，重點(diǎn)觀察在陷波器中心頻率附近的閉環(huán)特性的變化情況;二是要檢驗(yàn)陷波器對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響。次實(shí)驗(yàn)是在清華大學(xué)精儀系完成的。電模擬實(shí)驗(yàn)的方案由于靜電陀螺的轉(zhuǎn)子加工成本極高，如果直接在陀螺儀上做實(shí)驗(yàn)，很由于控制器設(shè)計(jì)不當(dāng)或控制算法程序的編寫(xiě)錯(cuò)誤等原因，導(dǎo)致懸浮實(shí)球碗表面，不僅會(huì)造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)延誤課題研究的進(jìn)田博士為解決此問(wèn)題做出了很大貢獻(xiàn)，專門設(shè)計(jì)了用于懸浮系統(tǒng)的仿。經(jīng)過(guò)課題組的多次實(shí)驗(yàn)證明，仿真實(shí)驗(yàn)電路和實(shí)際的靜電懸浮系，，能夠起到驗(yàn)證控制器算法的作用。硬件電路
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2005
【分類號(hào)】：TH113.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2656828