五自由度位置传感器——磁悬挂天平技术研究之一

30mm×30mm 五分量磁悬挂天平主要由位置传感器、电磁铁组、磁悬挂控制器、力测量与校准系统等部分构成。本文对五自由度位置传感器进行研究,重点推导了传感器数学模型,简要介绍了实用的信号处理方法。     

磁悬挂天平的数字控制技术(磁悬挂天平技术研究之三)

本文研究磁悬挂天平的数字控制技术。在 φ60mm 单分力天平装置上,配置了以8031单片计算机为核心的控制系统,不仅实现了飞行器模型的稳定悬挂,而且在外力作用下模型悬挂点保持不变。反馈控制律的设计分三步进行:首先对电磁铁特性进行补偿,使其阶次降低,简化后续的设计工作;然后采用比例微分控制达到系统的稳定最后在系统稳定的基础上,设计了位置积分环节,使系统在常值外力作用吋,能实现模型的悬挂点不发生偏离。这种三段设计法在实验调试时具有实用意义。文中具体介绍了控制系统的实现技术,包括 PWM 功率放大器,单片机硬件和软件。     

磁悬挂天平的轴向力测量(磁悬挂天平技术研究之四)

本文在研究30mm×30mm 磁悬挂天平的轴向力测量问题时,采用了间接测量方法,即对线圈电流和模型位置进行测量,再根据电磁力与两者之间的函数关系来确定轴向外力的大小。文章介绍了电磁铁磁场分布的改进结果,测定了传感器的时间漂移和温度漂移特性,确定了天平的最佳使用时间;采用理论方法和实验方法建立了电磁力与线圈电流之间的函数关系。文章详细介绍了这一实验方法,亦即实验校准过程。对天平系统的测量误差作了分析,结果表明传感器时漂产生0.2%的误差,温漂产生0.15△T%的误差,电流取样电阻的温漂产生0.39△T%的误差。文章讨论了进一步提高天平精度的措施。     

磁悬挂天平导航控制系统的应用与研究

介绍了利用美国国家仪器有限公司(简称NI:National Instruments)的软件LabVIEW和硬件高速定时器/计数器,以及含步进电机的CCD线阵列式位置传感器支架来实现的磁悬挂天平MSBS(Magnetic Suspension and Balance System)导航控制系统,其中主要包括它的俯仰、左右和平动方向的导航控制.磁悬挂天平是进行风洞实验的理想装置,其基本核心技术之一就是进行导航控制.该系统基于LabVIEW7.0平台进行编程,具有操作界面友好直观、导航控制精度高、便于扩展等特点.磁悬挂天平导航控制系统是"30cm×30cm磁悬挂天平装置"及"30cm×30cm低速高品质气流风洞装置"的重要组成部分.     

风洞磁悬挂天平控制问题研究

风洞磁悬挂天平将为风洞试验提供新的途径，本文首先简单介绍了磁悬挂天平的基本原理，然后详细研究了其控制问题，最后讨论了与控制有关的有待进一步研究的一些问题。     

风洞磁悬挂天平系统的数字控制

本文阐述了风洞磁悬挂天平系统数字控制器的工作原理、软硬件补偿及其配套的测量系统,并分析了数字控制器的特性及其与模拟控制器的本质区别。     

磁悬挂天平系统的磁场分析与计算(60mm×60mm 磁悬挂天平技术研究之一)

磁悬挂天平系统的磁场设计好坏是磁悬挂天平系统结构设计成败的关键。而磁悬挂天平系统的磁场结构比较复杂,用简单的磁路设计方法已经不能满足更高的设计要求。本文介绍了一种求解电磁场的方法——二维电磁场有限元法,建立了相应的磁悬挂天平系统的数学模型,并应用此法,对磁悬挂天平的均匀磁场和梯度磁场分布进行了分析计算;提出了一种用于求解磁场开域问题的方法。文章中还介绍了根据磁场的计算结果来确定线圈间间距和铁芯厚度的方法。在此基础上,提出了一个60mm×60mm 的磁悬挂天平系统的设计方案,并给出了此设计方案的理论计算与实验结果的对比表。     

应用于磁悬挂系统的200V─6OA晶体管斩波器

在大功率磁悬挂系统中，电磁铁电流必须采用开关频率较高的大功率斩波器来调节。本文介绍一个用于磁悬挂系统的大功率晶体管斩波器，它的工作电源电压为２００Ｖ，输出电流为６０Ａ，斩波频率为２ｋＨｚ，试验负载从阻性到感性，电感量达２．５Ｈ。该斩波器在一个单自由度大功率磁悬浮试验装置中完成了磁悬挂控制试验。该斩波器由不对称半桥、开关辅助网络、最优基极驱动电路ＵＡＡ４００２、一次脉冲源ＭＣ３４０６０及电流反馈环等部分构成，具有多种保护功能和良好的传输特性线性度。     

磁悬挂天平主激磁绕组的恒流控制系统

国防科技大学研制的６０ｍｍ×６０ｍｍ磁悬挂天平的主激磁绕组，采用了保持激磁电流不变的恒流控制系统，克服了由于温度变化而引起的系统参数变化，提高了测试系统的准确性和稳定性。对实验过程中所出现的误差源，也逐一加以分析，从而找到了减少误差的方法。在恒流系统斩波器电路中，由于使用了集成电路加晶体振荡器的斩波信号源，大大提高了开关频率的稳定精度，改善了闭环系统的滤波效果，提高了系统的稳定特性。本文还介绍了值流系统的设计方法和主要系统电路。     

1.2m×1.2m跨超声速风洞条带悬挂支撑天平研制

条带悬挂支撑天平是1.2m×1.2m 风洞条带悬挂支撑测试系统中的重要组成部分,为确保天平研制成功,通过有限元分析仿真提出了一种“E”型天平新结构。天平有限元仿真、静态校准、动校和风洞试验结果表明天平结构合理,性能优良。     

FL-26风洞条带悬挂支撑内式天平研制

FL-26风洞条带悬挂支撑内式六分量天平采用管状结构的试验方案,有效地解决了天平的静校问题;天平内腔采用扁圆结构,有效地解决了天平轴向力元件处的强度和刚度问题,较好地降低了前后测量梁上下应变不对称的程度,同时增大了侧向力及偏航力矩的输出;用关于天平轴向对称布置的双铰链梁测量滚转力矩,提高了滚转力矩分量的测量精准度.本文主要介绍条带悬挂支撑内式六分量天平研制难点、解决方案及天平动校结果.     

发射井内导弹悬挂系统减振性能研究

为研究井下导弹不同悬挂方式的工作特性及其性能差异,实现悬挂系统的优化设计,以俄罗斯SS-18导弹及发射平台为研究对象,基于有限元分析软件ABAQUS对四种典型井下导弹悬挂系统建立了动力学仿真分析模型,研究爆炸地冲击载荷来袭时导弹和发射筒的动态响应,并对比四种典型悬挂方式的减振效果。研究结果表明,四种悬挂方式对地冲击有不同的减振效果,差别明显,其中下支承式悬挂方式有最好的减振性能,斜吊式会使加速度峰值上升,笼式悬挂方式的晃动控制效果较差,摆式悬挂方式的减振效果相对最差,且无法完全复位。该研究可为井下导弹悬挂系统的选型和优化设计提供参考。     

低速全模颤振试验悬挂支撑系统

为适应日益增多的低速风洞全模颤振试验的需要,发展颤振试验技术,在气动中心低速所3.2m 风洞建立了一套通用的悬挂支撑系统。该悬挂系统分为垂直和水平两部分,水平悬挂系统由水平钢索装置和张紧机构组成。系统可提供模型沉浮、俯仰、横侧向、偏航和滚转5个方向的自由度;可单独改变模型某一方向的自由度而不影响其它方向的自由度;可确保模型上下、左右、前后位置都处于试验段正中心;可方便地调整模型的迎角和滚转角。对采用该悬挂系统的颤振模型,文中提供了技术要求和参数选择方法。采用同一颤振模型在3.2m 风洞与TsAGI 的 T-103风洞进行了对比试验,得到的颤振临界速度、频率基本一致,证明该套悬挂系统设计合理,可以应用于低速全模颤振试验。     

CFM56-7B发动机的热启动及启动悬挂

介绍了CFM56-7B发动机的启动过程,说明了其热启动和启动悬挂时的故障现象。根据影响发动机启动的一些主要因素,对造成CFM56-7B发动机热启动和启动悬挂的原因进行了分析,为排除此类故障提供了依据。     

悬挂式跷跷板旋翼桨叶拉力载荷的一种工程算法

在一阶诱导速度分布，一阶周期变距，三阶挥舞运动的基本假定下，提出了一种悬挂式跷跷板旋翼桨叶挥舞面内拉力载荷的工程算法。为此，首先推导了含有悬挂高度和桨叶预锥角影响的这类桨叶的挥舞运动方程。并用“法方程法”及“共轭斜量法”求解了一种属于矛盾方程的挥舞运动系数方程组，取得一致结果。随后，导出了气动拉力载荷表达式。最后，以××无人驾驶直升机悬挂式跷跷板旋翼桨叶为算例，计算了拉力载荷并分析了悬挂高度和预锥角对挥舞运动系数的影响关系。     

运行中750 kV悬挂式避雷器电场计算及设计优化

建立了悬挂式避雷器置于地面时的2D轴对称有限元模型,对其电场进行了计算。定义了阀片电压偏差率并以此为目标函数,建立该目标函数与各均压环环直径和悬挂高度的拟合多项式关系。采用最小二乘法求解了拟和多项式的系数,得到避雷器置于地面时的最优结构,取得了与实测一致的结果。将避雷器悬挂于金属塔上处于运行状态时,考虑金属塔和母线效应时建立了3D有限元模型,计算了阀片电压偏差率分布。与置于地面时的结果比较,相同结构的避雷器置于地面和悬挂于金属塔上时,其阀片电压偏差率分布完全不同,因此不能将置于地面时测量到的阀片电压偏差率作为运行状态时阀片电压偏差率。处于运行状态下,当高、低压端阀片电压偏差率最为接近时,均压环达到理想配置。以此为原则设计的750kV避雷器阀片电压最大偏差率降低至11%,满足企业要求的不大于15%的指标,对西北电网750kV避雷器的制造具有指导意义。     

上面级液体悬挂贮箱动力学建模方法研究

提出一种适用于上面级液体悬挂贮箱的建模原则、建模方法,并针对不同建模方法给出静力和模态计算值对比。由分析可知"贮箱柱段壳+贮箱球底梁+液体质量点"的组合建模方法,可较好模拟贮箱柱段/贮箱法兰/主结构支架间的连接刚度。具有频率计算值与试验值较为接近、计算耗时较小等优点,有利于提高贮箱局部纵向模态建模精度。     

应变式天平多元静校

本文将最小二乘法原理应用于应变式天平的静校。这种方法定名为多元静校法。计算结果表明用此法能给出准度较高的天平公式。本文的主要目的是用多元加载法来确定天平的一次和二次干扰项。对于四分量天平来说,加载30组就已能得出较好的结果。应用正交设计法编排载荷可以缩短准备时间,提高天平公式的准度。     

影响天平测量精准度的主要因素及解决措施

天平是影响风洞中气动力测量精准度的关键因素之一,气动力实验误差的30～60%来源于天平。影响天平测量精准度的主要因素有静校误差、温度效应、位置误差和天平系统动力特性误差。本文阐明这些因素影响的程度及产生的原因并提出了一些切实可行的解决措施。     

高速风洞总体天平与多台部件天平

本文主要介绍用于高速风洞总体测力与部件测力实验所应用的总体天平及四台部件天平的结构特点,性能指标及应用情况,为今后风洞开展多台部件天平测力实验提供有益的经验。