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光学精密工程 2015年第3期23卷 714-722页

作者：刘超刘刚赵光再北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京航空航天大学惯性技术重点实验室北京100191 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京100191

针对主被动磁悬浮转子高速旋转时质量不平衡和被动磁轴承磁中心的偏移导致的同频振动力问题,提出了一种基于位移陷波加前馈补偿的自动平衡控制方法。首先,在转子为零位移控制状态下提取控制电流的同频成分,计算获得与被动磁轴承磁中心... 详细信息

针对主被动磁悬浮转子高速旋转时质量不平衡和被动磁轴承磁中心的偏移导致的同频振动力问题,提出了一种基于位移陷波加前馈补偿的自动平衡控制方法。首先,在转子为零位移控制状态下提取控制电流的同频成分,计算获得与被动磁轴承磁中心偏移相关的参变量;然后,在额定转速下设计通用陷波器以消除同频电流,前馈补偿主动磁轴承、被动磁轴承位移负刚度力和被动磁轴承磁中心偏移力,使主被动磁轴承的同频输出力为零,实现了转子绕惯性中心旋转。对提出的方法进行了仿真和实验验证并与仅补偿质量不平衡的算法进行了对比。仿真结果显示:提出的方法的同频磁轴承力减小到了只进行质量不平衡补偿算法的6%;实验结果显示:同频振动加速度减小到只进行质量不平衡补偿算法的23.3%。仿真和实验验证了该方法的有效性,表明该方法对同频振动抑制效果显著,实现了转子的自动平衡控制。

关键词：主被动磁悬浮转子磁中心偏移自动平衡控制通用陷波器

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航空遥感惯性稳定平台非线性摩擦建模与补偿

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机械工程学报 2013年第15期49卷 122-129页

作者：刘炜周向阳北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京航空航天大学惯性技术重点实验室北京100191 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京100191

为降低摩擦对航空遥感三轴惯性稳定平台高精度控制的影响,提出基于LuGre模型的惯性稳定平台反步积分自适应摩擦补偿方法。根据系统速度过零多值及位置'平顶'现象建立惯性稳定平台LuGre摩擦模型,利用两步辨识及动态参数优化方法... 详细信息

为降低摩擦对航空遥感三轴惯性稳定平台高精度控制的影响,提出基于LuGre模型的惯性稳定平台反步积分自适应摩擦补偿方法。根据系统速度过零多值及位置'平顶'现象建立惯性稳定平台LuGre摩擦模型,利用两步辨识及动态参数优化方法得到系统摩擦模型参数,进而以李雅普诺夫稳定性理论为基础设计反步积分自适应摩擦补偿控制器。通过Matlab仿真分析摩擦对系统精度的影响,并与前馈补偿方法相比较,评价反步积分自适应补偿方法的有效性和鲁棒性。通过试验对某航空遥感惯性稳定平台方位系统进行摩擦模型及补偿方法验证。试验结果表明,反步积分自适应补偿能显著减小摩擦对系统的影响,使方位系统角位置误差波动范围、角位置跟踪方均根误差比未补偿前分别减少78.7%、91.5%,与仿真结果一致,对提高航空遥感三轴惯性稳定平台系统控制精度具有重要意义。

关键词：航空遥感惯性稳定平台 LuGre模型反步积分控制控制方法评价

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磁悬浮电动机柔性转子振动控制与试验研究

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机械工程学报 2015年第1期51卷 106-116页

作者：汤恩琼房建成郑世强北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京100191

针对磁悬浮电动机柔性转子穿越一阶弯曲临界转速所面临的问题,提出综合多种控制器于一体的振动控制方法。为保证控制器设计的准确度,采用在线扫频技术验证磁轴承系统各环节建模的正确性。基于不完全微分PID控制器,设计固定中心频率的陷... 详细信息

针对磁悬浮电动机柔性转子穿越一阶弯曲临界转速所面临的问题,提出综合多种控制器于一体的振动控制方法。为保证控制器设计的准确度,采用在线扫频技术验证磁轴承系统各环节建模的正确性。基于不完全微分PID控制器,设计固定中心频率的陷波器抑制转子二阶弯曲模态。根据等效控制系统的阻尼特性,设计相位补偿器增加转子在一阶弯曲模态共振点附近的正阻尼,抑制转子一阶弯曲模态。考虑到转子存在较大的二阶柔性不平衡质量,根据最小电流控制准则,在转子穿越一阶弯曲临界转速之后启用同频陷波器,消除功放同频电流,避免磁轴承控制量过大造成功放电压饱和。试验结果表明,所设计的综合控制器有效抑制了转子的一阶和二阶弯曲模态,且转子在一阶弯曲模态处的最大位移振幅仅为轴承单边保护间隙的5%;最终转子成功穿越一阶弯曲临界转速,并稳定运行在转速34 000 r/min。

关键词：磁轴承柔性转子临界转速振动控制

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新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性

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机械工程学报 2010年第8期46卷 167-174页

作者：刘虎房建成北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京100191

研究一种集成转子径向扭转与轴向平动控制功能的新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性,以解决磁轴承系统的轴向尺寸和精度之间的矛盾。采用等效磁路法进行磁轴承的磁路建模,在建立磁极气隙表达式的基础上采用积分型方法进行磁阻计算以提高... 详细信息

研究一种集成转子径向扭转与轴向平动控制功能的新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性,以解决磁轴承系统的轴向尺寸和精度之间的矛盾。采用等效磁路法进行磁轴承的磁路建模,在建立磁极气隙表达式的基础上采用积分型方法进行磁阻计算以提高计算精度,并根据磁路模型给出磁轴承磁力的积分型计算公式,得到轴向磁轴承闭环系统的磁力特性曲线。对某飞轮用磁轴承系统的分析表明:磁轴承磁力与磁极气隙和控制电流间具有良好的线性关系,且各控制通道近似解耦,与典型磁轴承结构相比,利于磁轴承系统控制精度的提高和轴向尺寸的减小,适用于磁悬浮飞轮系统。

关键词：轴向磁轴承永磁偏置磁力特性等效磁路积分型方法

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微小型捷联惯性测量单元标定及补偿方法

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宇航学报 2008年第3期29卷 947-951页

作者：李建利房建成盛蔚陶冶北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院新型惯性仪表及导航系统技术国防重点学科实验室北京100083

在MIMU(微小型惯性测量单元)角速度及加速度通道误差数学模型的基础上,提出一种利用三轴速率转台的MIMU快速高精度标定补偿方法,介绍了各参数的测量原理及误差系数的计算公式,得出了相应的误差数学模型及修正算法。利用三轴转台进行姿... 详细信息

在MIMU(微小型惯性测量单元)角速度及加速度通道误差数学模型的基础上,提出一种利用三轴速率转台的MIMU快速高精度标定补偿方法,介绍了各参数的测量原理及误差系数的计算公式,得出了相应的误差数学模型及修正算法。利用三轴转台进行姿态运动试验,试验结果表明,补偿后系统捷联惯性导航解算的三方位姿态误差小于1.5度。该标定补偿方法对提高MIMU的工作精度具有现实意义及工程适用价值。

关键词：微小型惯性测量单元误差模型标定补偿捷联惯导

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基于磁力等效原理的刚性磁悬浮转子系统高精度在线动平衡

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振动与冲击 2016年第4期35卷 67-71页

作者：刘超刘刚盖玉欢北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京航空航天大学惯性技术重点实验室北京100191 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京100191

针对磁悬浮飞轮转子不平衡振动问题,提出了一种在线动平衡方法。其基于磁轴承控制作用力与转子不平衡离心力之间的等效原理,通过检测磁轴承的控制作用力解算转子不平衡校正质量。设计了零位移控制器,使转子绕几何轴旋转,此时磁轴承的控... 详细信息

针对磁悬浮飞轮转子不平衡振动问题,提出了一种在线动平衡方法。其基于磁轴承控制作用力与转子不平衡离心力之间的等效原理,通过检测磁轴承的控制作用力解算转子不平衡校正质量。设计了零位移控制器,使转子绕几何轴旋转,此时磁轴承的控制作用力与控制电流呈线性关系,通过测量控制电流来准确获得磁轴承的控制作用力。该方法消除了传统方法由动力学模型过度简化带来的误差,尤其适用于强陀螺效应的扁平型刚性磁悬浮转子系统。实验验证了该方法的有效性,对提高磁悬浮转子系统的动平衡精度具有实际意义。

关键词：刚性转子主动磁轴承不平衡振动在线动平衡

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磁悬浮控制力矩陀螺高速转子的高精度位置控制

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光学精密工程 2020年第3期28卷 659-670页

作者：汤继强崔旭袁新竹隗同坤北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京100191

在受到陀螺效应、动框架效应等影响后产生的磁力非线性问题是磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)高速转子位置精度下降的主要因素。为解决以上问题,提高转子位置精度,本文分析了转子所受磁力的特性,建立了转子系统非线性动力学模型,提出了神经... 详细信息

在受到陀螺效应、动框架效应等影响后产生的磁力非线性问题是磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)高速转子位置精度下降的主要因素。为解决以上问题,提高转子位置精度,本文分析了转子所受磁力的特性,建立了转子系统非线性动力学模型,提出了神经网络滑模控制方法。设计滑模控制律,采用径向基函数神经网络逼近控制律中的非线性模型,自适应算法根据误差在线调整神经网络的权值,同时可以保证整个系统的稳定性。仿真和实验结果表明,所提出方法的转子位置精度达到99%,稳态误差为0.000 2 mm。神经网络滑模控制可以实现MSCMG转子系统的高精度位置控制。

关键词：磁悬浮控制力矩陀螺磁悬浮转子高精度位置控制滑模控制神经网络

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基于自适应反步的DGMSCMG框架伺服系统控制方法

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北京航空航天大学学报 2016年第4期42卷 703-710页

作者：李海涛闫斌北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100083 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京100083

针对双框架磁悬浮控制力矩陀螺(DGMSCMG)内、外框架伺服系统耦合力矩及传动机构的非线性传动特性影响框架角速率精度的问题,提出一种基于自适应反步的非线性鲁棒控制器的设计方法。首先分别就双框架伺服系统耦合力矩及框架传动机构的非... 详细信息

针对双框架磁悬浮控制力矩陀螺(DGMSCMG)内、外框架伺服系统耦合力矩及传动机构的非线性传动特性影响框架角速率精度的问题,提出一种基于自适应反步的非线性鲁棒控制器的设计方法。首先分别就双框架伺服系统耦合力矩及框架传动机构的非线性传动特性对系统稳定性和角速率精度的影响进行分析;其次利用反步理论,通过构造适当的Lyapunov函数并逐级反推得到控制律,保证参数估值的收敛性和系统的全局稳定性;最后通过仿真分析并以小型DGMSCMG系统为对象进行实验,结果表明:与电流前馈控制比较,所提出的自适应反步控制方法,既增强双框架伺服系统的扰动抑制能力,又提高框架角速率精度。

关键词：双框架磁悬浮控制力矩陀螺(DGMSCMG) 自适应反步控制法传动机构框架角速率耦合力矩

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反作用飞轮电机换相力矩波动抑制协同控制方法

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宇航学报 2011年第6期32卷 1305-1311页

作者：王志强房建成北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京100191

针对反作用飞轮电机换相所产生的非理想力矩影响卫星姿态控制精度的问题,采用永磁无刷直流电机绕组感生电势、相电流和电磁转矩的解析计算方法得到了反作用飞轮电机的换相力矩波动最小化条件,提出了基于该最小化条件的换相力矩波动抑制... 详细信息

针对反作用飞轮电机换相所产生的非理想力矩影响卫星姿态控制精度的问题,采用永磁无刷直流电机绕组感生电势、相电流和电磁转矩的解析计算方法得到了反作用飞轮电机的换相力矩波动最小化条件,提出了基于该最小化条件的换相力矩波动抑制高动态协同控制方法,抑制反作用飞轮电机三种运行状态下的换相力矩波动。试验结果表明,电动状态下换相力矩波动减小了12%、可控能耗制动和反接制动状态下换相力矩波动减小了90%以上,验证了该方法的可行性和有效性。

关键词：反作用飞轮换相力矩波动能耗制动反接制动永磁无刷直流电机

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磁轴承用电涡流位移传感器串扰产生及抑制方法研究

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仪器仪表学报 2010年第5期31卷 1035-1040页

作者：王志强刘刚李红北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京航空航天大学"新型惯性仪表与导航系统技术"国防重点学科实验室北京100191

针对磁悬浮控制力矩陀螺(CMG)对位移传感器的特殊性能指标要求,设计了一种五自由度电涡流位移传感器系统,将径向探头和测量电路进行了集成一体化设计,对探头之间串扰产生的原因进行了理论分析,并提出在原有振荡电路上增加调整电容,通过... 详细信息

针对磁悬浮控制力矩陀螺(CMG)对位移传感器的特殊性能指标要求,设计了一种五自由度电涡流位移传感器系统,将径向探头和测量电路进行了集成一体化设计,对探头之间串扰产生的原因进行了理论分析,并提出在原有振荡电路上增加调整电容,通过调节调整电容值提高探头之间串扰频率使其无法通过后续滤波的方法抑制串扰,提高了转子的位移检测精度。实验结果表明,实现了转子在0～30000r/min范围内的稳定悬浮,悬浮精度小于20μm,满足了磁悬浮CMG电磁轴承对转子位移高精度检测的需求。

关键词：控制力矩陀螺位移传感器电涡流传感器串扰

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