微型无人机磁航向测量系统的设计与实现

基于地磁测量原理的磁阻传感器具有体积小、启动快、功耗低等优点,以磁阻传感器为核心设计并实现了一种低成本微型无人机磁航向测量系统,介绍了磁阻传感器的工作原理,给出了航向角的计算方法,对硬件电路和软件设计进行分析研究。转台实验表明,基于磁阻传感器的微型无人机磁航向测量系统达到了设计要求。     

微传感器最新发展

近年来，微传感器受到国际传感技术界的广泛关注，本文介绍十多个微传感器，包括三轴加速度计，单，双轴加速度计片，表面微机械陀螺（角速度传感器），微惯性导航系统，微磁通门传感器，磁阻传感器，纳米皮拉尼压力传感器，微科氏质量流量计，毫米波图像传感器，GPS手表（1cm^3)，二氧化碳传感器和微/超微角位移传感器，文事简要介绍它们的基本结构。敏感机理，特点等，从中可以看出微传感器已成为传感技术中有重要应用前景的组成部分。     

基于双磁阻传感器的场面移动目标检测算法

针对无线磁阻传感器网络的场面移动目标检测系统,提出了一种基于双磁阻传感器的状态互补融合检测算法。算法综合考虑了目标地磁信号的实际特征,将双传感器获取的地磁信号进行数据融合,以避免由于航空器地磁信号的不连续特征而导致的误检为多个目标。验证结果表明,算法较于改进的自适应阈值算法,大大提高了场面移动目标的检测准确率,且算法简单,运行速度快,可以应用在无线节点的微处理器中检测场面移动目标。     

一种制导炮弹用组合导航系统设计

针对制导炮弹的需求设计了一种组合导航系统。该系统采用微机电 (MEMS)惯性传感器, 集成了GPS 接收机和磁阻传感器, 构成了微小型组合导航系统。 给出了系统的整体设计方案、硬件结构、导航算法设计和试验结果,并讨论了系统设计 中的一些问题。     

民用飞机轮速传感器综述

民用飞机轮速传感器是飞机刹车系统的关键设备,用于刹车系统的防滑控制,防止刹车过程中机轮深度打滑和锁死。简要介绍了国外飞机轮速传感器随防滑刹车系统的发展历史,从工作原理和结构形式等方面阐述了变磁阻式、直流式、霍尔式和光电式四种类型的轮速传感器。目前主流民用飞机(包括A320、A330和波音737、波音747、波音777等机型)均采用变磁阻式轮速传感器,其产品形式多样,属于较为成熟的产品;波音787飞机在大型民用客机上采用了霍尔式轮速传感器,其具有体积小重量轻,响应速度快的优势,具有较好的应用前景;公开资料显示,直流式轮速传感器结构复杂、可靠性较低,在协和号飞机上有应用;光电式轮速传感器对振动环境等要求较高,当前技术水平无法满足机轮处恶劣的振动环境,目前尚无装机产品。     

基于电流阈值的开关磁阻电机位置估计容错分析

在基于双电流阈值的位置估计基础上,提出了一种考虑电流传感器故障和估计误差补偿的位置估计容错技术。通过双电流阈值与脉冲电流峰值比较估计位置检索脉冲信号,利用开关磁阻电机相与相之间的独立性,利用正常相的电磁信息间接估计传感器故障相的转子位置信号。通过仿真计算得到转速对位置估计误差的影响,并提出了位置误差补偿措施。在一台12/8结构样机中进行了相关试验,试验结果表明,所提方法提高了无位置传感器技术的容错性,验证了该算法的正确性和可行性。     

微粒群优化相关向量机的开关磁阻电机转子位置自检测

将电机在有位置传感器运行条件下采样获得的磁链、电流和转角作为样本数据,基于相关向量机回归理论,通过对样本数据的训练与学习,构建开关磁阻电机转子位置的非线性相关向量机预测模型。为提高预测模型的拟合精度和泛化能力,训练过程中采用微粒群算法优化相关向量机的核函数参数。以1台三相12/8极样机为例,开展仿真研究,结果表明:该预测模型能够正确地检测出开关磁阻电机的转子位置,并且检测精度较高。     

基于特殊位置检测的开关磁阻电机无位置传感器控制策略

针对开关磁阻电机调速系统(SRD),提出了一种基于特殊位置检测的开关磁阻电机(SRM)转子位置估算方法。通过在线计算每相绕组实时磁链数据,检测出各相转子到达特殊位置的时刻。提出了基于特殊位置检测的电机转子位置重构策略,对电机瞬时转子位置进行还原。在提出的转子位置估算方法基础上,设计了SRD转速闭环控制系统。样机试验表明,提出的转子位置估算策略具有较高的检测精度与较宽的转速使用范围。基于关键位置检测的转速闭环无位置传感器控制策略具有较快的动态响应和较强的鲁棒性。     

Co/NM/FM(NiFe and Co)纳米多层膜的层间耦合效应

巨磁电阻自旋阀多层膜作为磁敏传感器材料与磁随机存储器(MRAM)材料，具有高的可靠性与灵敏度，在航空航天等高科技领域有着极大的应用前景。研究多层膜各层间的耦合效应与各层厚度、磁学性能之间的内在关系，对提高自旋阀的巨磁电阻效应、磁灵敏性等具有重要的作用。本研究采用磁控溅射沉积制备了(Cu／Co、Cu／NiFe，Ta／NiFe双层膜与Co／Cu／Co、Co／Cu／NiFe、Co／Ta／NiFe)三明治结构薄膜。采用振动样品磁强计对薄膜磁性、四探针法对薄膜磁阻性能进行了测试研究，采用洛仑兹电子显微镜法观察了薄膜的磁畴结构。研究结果表明，层间耦合效应不仅与非磁性中间层的厚度相关，而且与中间层材料的特性相关。磁阻与磁畴观察均表明层间耦合效应随中间层厚度的增加而减小，而Cu作为中间层的多层膜的层间耦合大于Ta作为中间层的层间耦合。     

基于目标状态方程的SRM非线性预测控制

提出了一种基于目标状态方程的开关磁阻电机非线性预测控制方法,根据建立开关磁阻电机的非线性数学模型,按照非线性控制理论,定义转矩偏差和速度偏差为目标状态方程。以此状态方程为基础,结合预测控制理论对开关磁阻电机控制系统进行非线性预测控制设计,得到了以转速和转矩为反馈变量的非线性预测控制规律。根据所设计的控制器,通过软件仿真进行了验证。仿真结果表明,采用基于目标状态方程的开关磁阻电机非线性预测控制方法设计的SRM控制系统具有良好的动态和静态性能,对抑制开关磁阻电机转矩脉动有很好的效果。     

适用于无轴承开关磁阻电机的功率变换器设计

 无轴承开关磁阻电机不仅具有开关磁阻电机的优点,而且拓宽了无轴承技术的应用范围。而功率变换器是无轴承开关磁阻电机的重要组成部分,其向电机绕组提供电流,以产生所需转矩和悬浮力,对电机旋转和悬浮性能有重要影响。根据无轴承开关磁阻电机电磁转矩和悬浮力控制原理,详细分析了其对功率变换器的要求,提出了主绕组功率变换器和悬浮绕组功率变换器的设计原则,并分析了其各种工作模式和数学模型。最后通过对实验样机的调试,给出了实验结果,实现了无轴承开关磁阻电机的稳定悬浮。     

永磁辅助式同步磁阻电机转矩预测控制方法

为了验证永磁磁阻电机具备宽调速域的优势,同时充分发挥永磁磁阻电机在弱磁运行时的输出转矩,提出了一种基于转矩预测控制的全速域控制方法。采用Ansys设计了一台永磁磁阻电机,并与Simulink联合仿真验证了方法的可行性。验证结果表明:转矩预测控制方法可以使电机在全速域获得良好的动态性能,同时永磁磁阻电机弱磁运行时依然具有优秀的转矩输出能力。     

基于EKF的小型涵道式无人机航姿系统算法研究

针对小型涵道式无人机,设计了一种基于扩展Kalman滤波的航姿估计算法。采用四元数作为状态变量,利用陀螺仪的输出构成状态方程,通过加速度计与磁阻传感器构造观测方程来进行扩展Kalman滤波解算。相对于通常的航姿估计算法,这种算法减少了运算量,更适合于基于嵌入式微处理器的航姿估计。实验结果表明这种算法有效的抑制了航姿系统的各种噪声与干扰,同时保证了姿态输出的精度与实时性,可以为小型无人机提供准确的航姿信息。     

开关磁阻电机发电运行强励方案的研究与实践

从开关磁阻发电机的运行原理可以看出 ,合理和充分的励磁是发电工作的关键。本文提出了强化励磁的构想 ,设计了强励的解决方案 ,并进行了样机实验验证。分析和实验表明 ,强励方案对运行在低压宽转速系统中的开关磁阻发电机 ,可以获得显著效果     

航空开关磁阻发电机双通道容错性能研究

 12/8结构开关磁阻发电机(SRG)系统可以实现双通道工作，在一个通道故障时能够实现单通道容错工作模式, 以提高电源系统的可靠性。但由于两个通道之间存在强耦合，当系统单通道容错运行时电机性能将受到影响。通过建立12/8结构双通道开关磁阻发电机系统的数学模型，仿真分析不同工作模式下绕组电感和不同通道间绕组互感对电机性能的影响。提出一种新的绕组连接方案，实现了两个通道之间的解耦，以提高系统单通道容错运行时的电机性能。最后实验验证了理论和仿真分析的正确性以及该方案的有效性。     

基于移动网络的飞行控制系统

一个实现精确姿态显示的飞行控制系统不仅能改善飞行品质,而且能保障飞行任务的圆满完成,飞行姿态数据的研究与设计具有重大的安全意义和研究价值.设计了以STM32F103为核心控制芯片的飞行控制系统,通过读取HMC5883磁阻传感器、MPU6050三轴姿态传感器、MS5611气压计的数据,编入相应控制程序,获取飞行器的三轴姿态和高度位置,并将取得精确的姿态数据通过4G移动网络传输到手机客户端上,保证飞行中GPS以及遥控信号失灵等突发状况时,能够及时地根据数据调整飞行姿态,达到安全返航的目的.实验测试结果表明,系统实时性好,可靠性高,易于安装,调试简单,具有较高的实用价值.     

捷联航姿传感器的误差补偿标定方法

磁航向传感器作为机载设备,它的工作情况与载体环境的影响有着密切的关系,测得的磁航向角存在着较大的误差,不能直接用来进行导航定位。所以,必须对其进行误差补偿,提高磁航向角的测量精度,才能用于导航定位。罗差是磁阻罗盘的主要误差源,文中介绍了罗差方程式,并重点推导了基于最小二乘法的七参数八位置误差标定方法。基于该方法的磁航向补偿算法的性能试验结果证明,磁航向误差基本维持在0.5°左右,满足了精度的要求。     

无轴承开关磁阻电机平均悬浮力控制策略

 无轴承开关磁阻电机是一个复杂的非线性系统,因此其控制策略的研究非常重要。高速时由于反电势的增加,使悬浮绕组开通时刻电流难以跟踪,导致瞬时悬浮力难以控制,因此有必要研究基于平均悬浮力和平均转矩的无轴承开关磁阻电机控制策略。根据无轴承开关磁阻电机的悬浮原理和数学模型,设计平均悬浮力和平均转矩的控制策略。主绕组电流和悬浮绕组电流均采用方波控制。推导了平均悬浮力与绕组电流之间的关系,以及主绕组电流和悬浮绕组电流的计算公式。给出了超前角和绕组电流的计算流程。针对12/8结构的无轴承开关磁阻电机,设计了以数字信号处理器TMS320C2812为核心的控制系统。通过实验给出了绕组电流波形和转子位移波形。实验结果显示了电机的稳定悬浮,验证了此控制策略的可行性。     

基于AVR32的小型磁航向系统设计

现有的磁航向测量系统体积、重量、功耗偏大,并且调试、误差补偿算法复杂、整体费用偏高,针对这些问题,设计了一个在小角度俯仰、滚转情况下的小型磁航向测量系统.该系统采用带DSP指令的32位高速处理芯片AVR32 UC3B0256、新型倾角传感器SCA100T以及磁阻传感器HMC 1022构成数字化解算平台,实现了误差补偿.实验数据显示,在水平状态下,磁航向测量值最大误差为±1.4；当俯仰角低于30°或滚转角低于35°时,随着角度的增加,磁航向输出误差变化不大,最大误差分别为3.7°和2.8°;当俯仰角超过30°或滚转角超过35°时,磁航向输出误差会急速增大.结果表明,该系统在小角度俯仰、滚转情况下具有较准确的磁航向角解算能力.     

飞机舵面偏角无连杆柔性测量技术及应用

介绍了目前应用于角度测量中的几种典型倾角传感器的原理和性能特点，讨论了在飞机舵面偏角静态测量中倾角传感器的选用，以及动态测量中力平衡式伺服倾角传感器的使用。应用实践证明：用倾角传感器代替传统的角位移传感器，省去传感器的专用支座和连杆传动机构，简化了安装，提高了测量效率和精度。