一种微推力测量系统的推力不确定度标定方法

利用微推力测量系统有助于星载微推力器性能的测评和研发,而其不确定度的标定可以判断实验测量结果的可信度,本文提出一种推力测量系统的推力不确定度标定方法。通过对推力测量系统施加已知标准力,根据推力测量系统的系统响应反演计算推力估计值,将已知标准力与推力估计值比较,以此标定推力测量系统的推力不确定度,并且给出推力不确定度和推力误差。所提方法具有以下主要特征：（1）利用推力积分方程离散化为推力离散化线性方程组求解推力加载全程的动态推力;（2）根据标准力不确定度和推力估计值不确定度,综合评价推力不确定度;（3）依据标准不确定度和扩展不确定度,获得给定置信度条件下的推力相对误差。本文基于所提方法对某亚毫牛级推力测量系统的不确定度进行了实验评估。结果表明在给定95%置信度条件下,其推力测量误差小于2%。所提出的推力不确定度标定方法,可为星载微推力器的推力误差评定提供了高置信度、高精度测评方法和手段。     

一种用于微小推力冲量测量的扭摆系统参数标定方法

扭摆系统通常用来测量航天微推力器的微推力和微冲量。为了实现扭摆的系统参数精确标定,根据扭摆系统阶跃响应的特点,深入分析稳态扭转角和极值扭转角及其对应时间等特征点与系统参数的关系,提出了系统参数标定的比例回归法,所提出方法能够同时标定阻尼比、振动频率和扭转刚度系数等系统参数,计算分析简便,适合真空环境下的扭摆系统参数标定,有助于真空环境下航天微推力器的推力性能评价工作。实验表明:相对于传统数据处理方法,利用比例回归法估计的置信区间最大可缩小61%,可有效改善系数参数的标定结果。     

双喷管差动式小推力测量装置的设计与分析

为了研究喷管型面对小推力火箭发动机推力性能的影响,设计并建设了双喷管差动式小推力测量装置及其附属设备.在测量装置中,基准喷管和待测喷管同轴反向设置,通过测量结构应变来直接测量两个喷管的推力差.对测量装置进行了简化模型理论分析,导出其灵敏系数理论公式.依据该公式进行关键参数设计,确定合理的灵敏系数,指导试验系统设计,以保证测量精度.验证性试验表明测量装置可以测量牛级推力差,标定曲线线性较好,以基准喷管推力作为比较对象,推力差的相对扩展不确定度为0.5％.推力差与基准喷管推力的比值越小,以基准喷管推力为比较对象的相对测量不确定度越小.测量装置可以用于小推力火箭发动机喷管性能分析及优化的试验研究.     

基于全站仪的天文观测与DGPS组合测量方法研究

根据天文方位测量原理,结合全站仪高精度的基线测量功能和DGPS位置测量,对海陆工程测量中目标点或线进行精确解算,测量出目标点位置和基准线的方位,进一步拓展全站仪方位测量功能,解决诸如建筑施工、港口建设、航道疏浚、导管架安装、罗经安装及校准等基准方位、位置标定及复测,使不同作业环境下的位置和方位测量、校准更加简捷、快速,...     

电磁线圈发射器垂直发射过程建模与仿真

根据同步感应线圈发射器工作原理,建立了用于垂直发射大载荷的电磁线圈发射器数学模型;以5级发射器为例,对其垂直发射过程进行了动态仿真,得到了放电回路中的电流、发射组件所受电磁力、速度及位移等参数随时间变化的特性曲线。结果表明:电磁线圈发射器(EMCL)垂直发射大载荷过程中载荷的加速过程比较平稳,电流的变化率相对较缓,为几十ms量级;发射组件速度对自身所受电磁力影响较大,随着速度增大,发射组件受到的电磁推力有所下降;随着驱动线圈级数增多,各级驱动线圈放电控制难度加大。但相比电磁线圈炮的超高速发射,EMCL用于低速发射大载荷过程的馈电控制要简单很多。     

一种提高机器视觉检测精度的方法

本文提出一种提高机器视觉标定精度的方法。首先，设置标准参考点位置，对机器视觉系统进行标定获得初始标定矩阵；其次，对图像进行处理，视觉检测算法提取标准参考点的准确位置；最后，通过修改初始标定矩阵参数，使计算结果无限接近标准参考点，从而获得更高精度的标定矩阵。实验表明，该方法可提高狭缝测量和圆孔定位的检测精度，为实现高精度机器视觉检测提供了新途径。     

双丝扭秤微推力测量系统

针对未来空间引力波探测任务——"太极计划",根据卫星平台无拖曳控制对微推力器产生推力大小的要求,研发出一套基于扭秤的微推力测量系统,分别详述了其微推力测量、弱力产生装置和角位移差动测量的原理及磁阻尼装置。通过对弱力产生装置和扭秤系统的标定,得到微推力与扭秤扭转角位移的函数关系。同时分析了结构和环境对微推力测量系统的影响,得到其推力测量范围为1~200μN,分辨力为0.4μN,相对不确定度为1.1%,满足对微推力器推力分辨力和精度的测量要求。     

一种电推力器用小推力测量系统

为了精确测量小功率电推力器的小推力，从理论上提出了一种小推力测量的方法，即利用电磁反馈补偿方法使推力测量天平工作在随遇平衡状态（或接近于随遇平衡状态），消除气路和电路连接的影响。电磁力反馈补偿推力器产生的和。通过对电弧加热等离子体推力器（Arcjet）的热实验，测量装置测量了不同工况下的推力值。实验证明此测量方法可准确测得电推力器工作的小推力。     

基于扭摆台架的动态推力测试方法研究

微纳卫星微推力器的性能测试,要求在诊断稳态推力和冲量的同时测量动态推力,为此开展动态推力测试方法研究。根据扭摆式台架的二阶质量-弹簧-阻尼系统模型及特点,提出通过静、动态砝码标定,进行扭摆台架的转动惯量、阻尼常数和弹簧系数等参数辨识。利用干涉式激光位移计实现对微小位移的高精度和高频响测量,系统的测量精度约为10nm,测试带宽500k Hz。建立了探测器的记录光强与微位移间的数学模型,获取台架微位移,通过对微位移进行一次、二次求导获得台架的速度和加速度信息,根据台架运动方程,实现动态推力测量。误差分析表明,稳态推力测试的最大绝对误差小于0.5mN,动态推力测试的最大误差约为0.58mN。利用落压式工作的微型冷气推力器开展验证试验,结果表明该测试方法能够实现动态推力测量要求,响应频率为50Hz。     

非接触测量中三种标定方法与精度评价

介绍了目前常用的三种回转轴标定方法标定原理和数据拼合算法。通过标定球不同位置旋转测量实验来比较并验证这三种标定方法测量精度的高低。实验结果表明基于"测试工装"标定方法较基于高度不同的两个标准球标定方法和基于一个标准球的标定方法精度更高,达到了数微米,其误差主要取决于标定工装基准面和基准孔的形位公差值的大小以及千分表找正工装的精度。基于"测试工装"标定方法更适合航空发动机叶片高精度高效率检测的要求。     

梯形Halbach永磁阵列空心直线同步电动机特性的解析计算与优化

提出了一种新型的双边不对称梯形永磁空心直线电动机。首先使用等效磁荷法建立了梯形单块磁体的三维空间磁场解析模型,再由叠加原理得到双边Halbach阵列空心电机的气隙磁密三维模型。在考虑线圈横向端部效应的基础上,推导出电机运行过程中的反电动势与电磁推力的表达式。利用解析模型分析了梯形磁体阵列气隙磁密谐波分布的规律,并对其进行优化;三维有限元仿真结果表明所提解析模型具有较高的准确度,同时采用经过优化的梯形阵列定子,可以达到提高气隙磁密正弦性从而减小推力波动的目的。     

基于波形重构法的永磁电机电磁振动噪声计算研究

提出了基于波形重构法的径向气隙磁密和径向电磁力波解析计算方法,简化了永磁电机电磁振动和噪声(EVAN)的计算过程,解决了永磁电机径向电磁力波计算较为复杂的难题。首先介绍了波形重构法计算永磁电机EVAN的理论依据。然后,以1台永磁电机为例,详细介绍了运用波形重构法计算永磁电机电磁振动噪声的具体步骤。最后,对电机EVAN进行多物理场有限元仿真,将波形重构法计算结果与有限元仿真结果对比,在误差允许范围内二者的计算结果具有一致性,由此验证了波形重构法计算电机EVAN的准确性。     

利用定子槽口宽度削弱永磁电机电磁噪声研究

着重研究了永磁电机定子槽口宽度对电磁噪声的影响。通过电磁力解析计算得出电磁力与定子槽口宽度的计算关系。利用Ansoft软件对1台电动汽车用永磁电机进行电磁场计算,求解改变定子槽口宽度对电磁力波的影响,并用ANSYS软件对该永磁电机进行不同定子槽口宽度的2D声场计算。进行了试验验证,仿真计算与试验结果基本一致,可为该类电机削弱噪声设计计算提供参考。     

具有电磁约束阻尼层梁的振动主动控制研究计算(英文)

This paper investigates vibration control of beam through electro-magnetic constrained layer damping （EMCLD） which consists of electromagnet layer, permanent magnet layer and viscoelastic damping layer. When the coil of the electromagnet is electrified with proper control strategy, the electromagnet can exert magnetic force opposite to the direction of structural deformation so that the structural vibration is attenuated. A mathematical model is developed based on the equivalent current method to calculate the electromagnetic control force produced by EMCLD. The governing equations of the system are obtained using Hamilton＇s Principle and then reduced with the assumed-mode method. A simulation on vibration control of a cantilever beam is conducted under the velocity proportional feedback to demonstrate the energy dissipation capability of EMCLD, and the beam system with the same parameter is experimented. The results of experiment and simulation are compared and the results show that the EMCLD is an effective means for suppressing modal vibration. The results also indicate that the beam system has better control performance for larger control current. The EMCLD method presented in this paper provides an applicable and efficient tool for the vibration control of structures.     

微推力与冲击力关系的实验研究

微型推进器固定在测试台架上进行微推力的直接测量,常会受到推进器工质导管等引线的干扰而造成较大的测量误差,甚至无法测量。为此提出用推进器喷嘴对准测力探头喷射,通过测量冲击力来间接获得微推力的思路,研究了微型冷气推进器产生的冲击力与微推力之间的关系。发现采用冲击力测量时,只要测力探头面积足够大,冲击力随着喷嘴与测力探头之间距离变化的曲线会出现一个高平台区,在此区域内所测得的冲击力大小变化不大,而且与真正微推力的大小几乎相等。     

Magnetic Suspension with Minimum Coupling Effects for Wind Tunnel Models

In a multidegree-of-freedom suspension system coupling effects are undesirable because they make the calibration difficult and they can cause deterioration of the dynamic stability of the system. This paper presents an analysis of the coupling problem leading to the design of a particular system configuration. First, the support of spherical models by means of a three-degree-of-freedom magnetic suspension system is analyzed in terms of the forces acting on a magnetized point. It is shown that coupling effects due to displacements are eliminated only if the magnetization, the resultant force to be balanced and the axis of the field providing the balancing force, are aligned with each other. In the case of axisymmetrical models this condition can always be met, except for small disturbances, in a vertical wind tunnel leading through the coil which balances the resultant of the drag and the weight. The same coil provides the magnetization of the model. Orthogonality of the force axis system is achieved by using a pair of coils, operating in push-pull, for each of the force axes perpendicular to the axis of the wind tunnel. This arrangement eliminates first-order coupling effects between the force axes. It is shown that long axisymmetrical bodies can also be supported by the same system. This is made possible by decoupling the angular and the translational degrees of freedom. Restoring moments are produced by the field of the magnetizing coil.     

Dynamic modeling of a hose-drogue aerial refueling system and integral sliding mode backstepping control for the hose whipping phenomenon

Dynamic modeling of a hose-drogue aerial refueling system（HDARS） and an integral sliding mode backstepping controller design for the hose whipping phenomenon（HWP） during probe-drogue coupling are studied. Firstly, a dynamic model of the variable-length hose-drogue assembly is built for the sake of exploiting suppression methods for the whipping phenomenon.Based on the lumped parameter method, the hose is modeled by a series of variable-length links connected with frictionless joints. A set of iterative equations of the hose＇s three-dimensional motion is derived subject to hose reeling in/out, tanker motion, gravity, and aerodynamic loads accounting for the effects of steady wind, atmospheric turbulence, and tanker wake. Secondly,relying on a permanent magnet synchronous motor and high-precision position sensors, a new active control strategy for the HWP on the basis of the relative position between the tanker and the receiver is proposed. Considering the strict-feedback configuration of the permanent magnet synchronous motor, a rotor position control law based on the backstepping method is designed to insure global stability. An integral of the rotor position error and an exponential sliding mode reaching law of the current errors are applied to enhance control accuracy and robustness. Finally,the simulation results show the effectiveness of the proposed model and control laws.     

电动汽车空调无位置传感器的内置式永磁同步电机控制研究

针对内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器的转子位置和速度估计的难点,提出了一种基于改进定子磁链观测器的转子位置、速度的估计方法。该方法结构简单,涉及电机参数少。通过引入有效磁链概念对IPMSM的电压方程进行等效变换,对两相静止坐标系下的反电动势进行积分。为了抑制反电动势的积分环节带来的积分饱和和直流漂移问题,设计了截止频率可以自动调节的低通滤波器来代替积分器。对于在低速时低通滤波器所带来的磁链幅值衰减和相位超前问题,利用饱和反馈对观测误差进行补偿。最后通过锁相环进行位置的估计。搭建了MATLAB/Simulink仿真平台。仿真表明:该方法能够实现对IPMSM全速度范围内的转子位置的高精度估计。     

高分影像辅助下的航空高光谱严密几何检校方法

 惯性测量单元(IMU)与传感器视准轴的偏心角和偏心矢量是造成航空线阵列高光谱数据几何校正误差的主要原因之一。在分析偏心角与偏心矢量误差来源之后提出该误差由IMU主轴与传感器主轴的角度偏差、测区固定偏差、GPS中心与传感器投影中心相对偏差组成,在此基础上建立了较为严密的检校模型。针对模型解算时需要大量高精度控制点的问题,提出了一种高分影像辅助下的亚像元精度控制点自动提取方法。通过多地区、多传感器高光谱航测实验表明,亚像元精度控制点能有效提高模型解算精度。新检校模型可获得亚像元校正精度,推扫式传感器——应用型机载成像光谱仪(AISA)建模中误差约为0.39个像元,摆扫式传感器——实用型模块化成像光谱仪(OMIS)建模中误差约为0.23个像元,校正后的影像可直接进行拼接。     

A type of 2D magnetic equivalent circuit framework of permanent magnet for magnetic system in AEMR

Modeling of permanent magnet(PM) is very important in the process of electromagnetic system calculation of aerospace electromagnetic relay(AEMR). In traditional analytical calculation, PM is often equivalent to a lumped parameter model of one magnetic resistance and one magnetic potential, but great error is often caused for the inner differences of PM; based on the conception of flux tube, a type of 2D magnetic equivalent circuit framework of permanent magnet model(2D MECF) is established; the element is defined, the relationship between elements is deduced, and solution procedure as well as verification condition of this model is given; by a case study of the electromagnetic system of a certain type of AEMR, the electromagnetic system calculation model is established based on 2D MECF and the attractive force at different rotation angles is calculated; the proposed method is compared with the traditional lumped parameter model and finite element method(FEM); for some types of electromagnetic systems with symmetrical structure, 2D MECF proves to be of acceptable accuracy and high calculation speed which fit the requirement of robust design for AEMR.