硅微半球陀螺结构与制造方法及其接口电路设计

针对微半球陀螺加工对称性差的问题,提出了自对准球形电极的多晶硅半球谐振器架构,实现了电极与谐振器相同曲率的一体化成型工艺,从而确保了谐振器的对称性。为使谐振器具有较大的驱动和检测电容,电极和外壳之间的间隙由牺牲层制成,电容间隙均匀且达到了1.5μm。接口控制电路采用基于FPGA的数字化设计,发挥了数字系统信噪比高和开发灵活的优势,实现了开环扫频、锁相环、自动增益控制、交流正交抑制等核心功能。实验结果表明,该陀螺的品质因数达到了42554,谐振频率为5.130kHz和5.128kHz,零偏稳定性达到了3.4°/hr。     

双谐振器敏感结构谐振式传感器

提出一种采用双谐振器敏感结构的谐振式传感器,传感器的敏感元件包括两个结构参数一致的谐振器,传感器的闭环控制系统由两个幅度控制器和一个反相器组成.分析了这样两个谐振器串联的频率特性,指出在谐振器固有频率点上,两个谐振器串联的相移是180°.给出了双谐振器敏感结构谐振式传感器闭环系统的实现方法,同时分析了当两个谐振器的结构参数不一致时,两个谐振器串联的频率特性.分析结果表明,两个结构参数相差不大的谐振器串联仍然可以构成自激闭环.双谐振器敏感结构谐振式传感器的闭环控制系统中去掉了移相环节,避免了由移相环节产生的相位漂移所引入的测量误差,并有效地提高了传感器的Q值.      

参数自适应误差自校准的Sigma-Delta闭环微机械陀螺仪

提出并实现了一种用于MEMS谐振陀螺仪的新型自适应自校准多级噪声整形(MASH) 微机电sigmadelta闭环测控电路方案。该技术针对高精度MEMS音叉陀螺仪的误差校准, 开发了在线自适应误差校准的MASH2-0闭环测控电路,且无需使用任何额外的机械校准方法。该技术不仅可以有效地消除由于MEMS音叉陀螺仪敏感元件加工误差和接口测控电路之间的参数失配在输出端产生的误差影响,并且能够校正由非理想信号传递函数而导致的信号链路传输中的频谱失真和增益失配。试验结果表明,与传统的闭环MEMS陀螺仪相比,所提出的自适应MASH2-0闭环测控电路技术可以实现更好的系统稳定性、动态范围和噪声性能。     

挠性太阳帆板驱动控制系统研究

主要研究了挠性太阳帆板的闭环驱动控制问题.利用挠性结构的模态恒等式,获得了广义状态空间形式的挠性太阳帆板驱动动力学方程.基于Lyapunov方法,设计了基于输出反馈的PD控制器,并根据广义系统理论讨论了闭环系统的正则性和无脉冲性,以确保控制系统是允许的.数值仿真验证了闭环控制算法的有效性并与开环控制进行了比对.最后进行了总结并提出新的研究问题.     

基于PCH模型的航天器姿态无源控制

针对存在干扰力矩的航天器姿态控制问题,从能量角度提出一种基于端口受控哈密顿(PCH)系统模型的无源控制方法。通过将姿态控制系统表示为PCH形式,并增加与姿态误差积分有关的状态,利用互联和阻尼分配无源控制(IDA-PBC)方法进行控制器设计,使得闭环系统具有期望的内部互连结构关系和能量耗散特性,所提出的控制方案能保证系统的输入-状态稳定性。进一步,考虑执行器的动态特性,利用反步法对控制指令进行补偿设计,结合指令滤波技术避免对虚拟控制量高阶导数的计算,并从理论上证明了闭环系统一致最终有界。仿真结果验证了本文所提控制方法相比于单独基于无源性控制方法的性能优势。     

基于变系数PID的无刷直流电动机双闭环系统

针对应用于直接驱动阀的电气双余度无刷直流力矩电动机控制系统,提出在位置环采用变系数PID(Proportion Integration Differentiation)控制算法,根据位置偏差改变调节参数,逐步加强比例和积分作用以快速消除系统稳态误差而又不引起系统抖动;为了保证系统的稳定性,对位置偏差的积分项进行了限制.实验结果表明:位置环采用该变系数PID控制算法的双闭环系统能够有效地保证系统的稳定性能和响应精度.同幅值的位置阶跃响应,位置环/电流环双闭环系统的上升时间比位置环/速度环双闭环系统的上升时间减小了32%;位置环/速度环双闭环系统具有优良的负载适应性能,鲁棒性强.     

含有多级驱动机构卫星的多变量频域稳定性分析方法

摘要： 针对含有多级驱动机构卫星的多级复合控制系统,提出一种多变量频域稳定性分析方法.首先,基于小量假设建立含有多级驱动机构卫星一体化线性模型,针对星体和载荷姿态设计单通道输出线性反馈控制器,采用传递函数矩阵的矩阵分式描述,进行多项式矩阵变换得到多通道闭环系统极点分布规律,确定闭环系统多变量频域输入输出稳定性条件.算例和仿真结果表明,该方法能够验证含有多级驱动机构卫星闭环系统稳定性,并为控制器参数设计提供了有效工具.     

XB14型精密石英谐振器的研制

XB14型精密石英谐振器是为现代通信、导航和航天飞行器工程系统及地面高稳晶振研制的一种小型晶体频率控制元件。该谐振器采用了硬玻璃扁平壳和高频感应真空封接技术,具有体积小、密封性好、无封接污染,高可靠和低老等特点,它的频率范围在5～250MHz,老化率在10~(-8)～10~(-9)/d量级。     

科氏质量流量计全数字闭环系统的设计与实现

科氏质量流量计(CMF,Coriolis Mass Flowmeter)全数字闭环系统,采用现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Array)和现代数字信号处理方法对CMF传感器进行稳定精确的闭环控制,实时性和精度较高.以高速并行器件FPGA为运算和控制核心,在相位控制中引入FIFO(First In First Out)组件,通过控制FIFO的读、写请求信号来改变时间差,实现对拾振和激励信号的相位差准确、稳定的控制;采用不连续和连续幅值控制相结合的非线性幅值控制方法,快速、准确地设定幅值,适应性强,实现对拾振信号幅值的良好控制,并控制拾振信号以稳定的幅值输出,提高CMF的测量精度和稳定性.实流标定对比实验结果表明:CMF数字闭环在零点稳定性、动态响应特性和重复性方面都优于模拟闭环,并在一定程度上提高了CMF的测量精度.      

功率级无刷直流电动机四象限运行模拟器设计

针对无刷直流电动机（BLDCM）驱动控制器在研发过程中全工况测试困难、测试成本高和研发周期长的问题，提出了一种采用分区间采样和解算方法的、具有四象限运行能力的功率级（PHIL）无刷直流电动机模拟器，替代实物电动机和机械负载装置完成对两两导通控制方式下无刷直流电动机驱动控制器的各项性能测试与可靠性试验。该模拟器由实时仿真器、电动机模拟变换器和多级式双向变换器3部分组成，实时仿真器负责采集被测电动机驱动控制器输出的PWM电压，实时解算电动机模型得到三相电流指令，控制电动机模拟变换器生成三相电流，多级式双向变换器负责维持模拟器输入、输出间的能量平衡关系，从而实现对四象限运行时无刷直流电动机的功率级模拟。实验结果表明:所提出的功率级无刷直流电动机模拟器模拟精度高、实时性好、测试灵活，能够有效替代实物电动机和机械负载装置，满足电动机驱动控制器的测试需求。      

MEMS陀螺噪声理论与模型综述

工作在闭环检测模式下的MEMS陀螺具有较好的整体性能,是目前具有发展潜力的微陀螺方案之一。但是多个闭环的存在使得测控系统噪声源变多,通过构建噪声模型可以量化各噪声源对零偏输出的贡献,并且探明结构和电路参数对噪声性能指标的影响,从而调整设计参数与控制方式,优化设计。首先阐述了MEMS陀螺谐振系统中的噪声源———热噪声和闪频噪声产生机理,然后将陀螺噪声模型分为相位噪声模型和幅度噪声模型,分别讨论国内外研究机构噪声建模的进展,如针对幅度频率耦合导致的额外相位噪声,讨论了非线性相位噪声模型和幅度噪声模型。非线性相位噪声模型通过引入非线性刚度来完善相位噪声谱表达式,幅度噪声模型通过考虑不同输入点的噪声在力平衡环路的传递过程来量化各噪声源影响因素。最后,对噪声模型的发展进行了展望,可以通过构建与调幅陀螺相联系的相位噪声模型和零偏不稳定性噪声模型,实现对陀螺噪声分析的完善。     

核磁共振陀螺高精度磁场驱动技术

核磁共振陀螺（NMRG）是利用激光与核磁共振气室中的碱金属原子和惰性气体原子的相互作用使核子以拉莫尔频率进动,并通过磁场驱动技术对气室磁场实现闭环控制和对剩磁进行补偿来维持核子的共振状态,进而能够检测载体的角速度信息。磁场驱动技术作为磁场闭环控制的重要部分,直接影响核磁共振陀螺的磁场控制精度和稳定性。为了解决核磁共振陀螺磁场控制精度和稳定性不足的关键问题,采用交直流分离设计的压控电流源方案改善磁场驱动问题,基于噪声分析理论对电路进行建模和噪声分析,并通过实验验证对三轴线圈的横向磁场控制精度达±0.046 2 nT,纵向磁场控制精度为±0.003 1 nT,实验证明该技术方案具有较强的工程应用价值。      

一种帆板驱动机构用永磁同步电机微步控制方法

根据磁场定向矢量控制原理,提出一种永磁同步电机微步驱动控制策略.通过保持定子电流矢量幅值不变并均匀改变定子电流矢量的位置,获得大小不变位置均匀变化的定子磁势,从而实现太阳帆板的对日定向.试验结果表明采用所提出的微步驱动控制方法实现了太阳帆板模拟负载的驱动性能,并得出设计过程中应综合考虑整机效率和帆板驱动速度稳定度因素来选取转矩电流给定的结论,也进一步证明了控制方法的有效性,可用于工程实际.     

三相陀螺电机电压有效值的测量系统设计

为了保证三相陀螺电机能够正常工作,需要对其交流驱动信号的有效值进行检测。分析了非正弦周期信号电压有效值的测量原理,介绍了一种基于C8051F020单片机的三相陀螺电机电压有效值的自动测试系统。该系统包括电压有效值转换电路、单片机控制的数据采集电路、液晶显示单元、报警输出单元等。该系统已经成功应用于三相陀螺电机的驱动信号检测中。     

MEMS陀螺双通道数字接口系统设计

针对现有的MEMS陀螺接口系统只能对一个陀螺进行测控导致标定测控效率低下的问题,提出了一种新型的可同时对两个陀螺进行测控的MEMS陀螺双通道接口系统架构,并设计了一套与之对应的MEMS陀螺双通道测控电路,包括前端模拟电路、后端数字系统和人机交互终端。通过设计的人机交互系统对整个系统的全部功能进行了测试,其中扫频、锁相、稳幅、线性度和零偏稳定性等功能均能正常运行,在实际使用测试中相较于单通道接口系统测控效率提升到2倍以上。     

基于路由转发技术的GNC系统驱动控制方法

为满足火星探测任务自主管理需求和高可靠性要求,设计了一种深空探测用空间探测器GNC系统的自闭环驱动控制方法,采用路由转发技术,实现对GNC系统中的各单机配电控制、实时数据采集与传输以及阀门驱动控制。相较于传统的驱动控制方式,该方法能够有效减少GNC计算机端的资源消耗,增强GNC系统的自闭环性,并降低系统装置间的电缆连接复杂度。     

航空发动机多变量变增益控制器设计及仿真

针对航空发动机全包线工作下的多变量变增益控制器设计问题,给出了一种改进的埃德蒙德算法（以下简称KQ算法）并进行了仿真应用。首先,阐明了多变量KQ算法的控制原理与优化算法,进而通过闭环期望函数选择、控制器结构选择以及控制器参数优化进行了KQ控制器设计,并针对所设计的KQ控制器,给出了稳定性证明和系统奇异值分析。分析表明所设计KQ控制器能够使系统闭环稳定,且具有满意的低频指令跟踪、干扰抑制能力、传感器噪声的抑制、高频未建模动态的鲁棒稳定性和低频发动机建模误差不敏感等性能,满足发动机控制要求。其次,通过调度变量选择、设计点KQ控制器设计以及采用插值方法的非设计点KQ控制器设计等过程实现某型涡扇发动机的多变量KQ变增益控制器设计研究,并进行仿真验证。仿真结果表明,设计点条件下,当涡轮后温度和增压比参考输入均为阶跃信号时,其被控参数响应速度很快,且上升时间均小于1 s,耦合影响小于6%,设计点KQ控制器满足控制要求;非设计点条件下,利用插值方法建立的KQ变增益控制器具有较好的性能,能够实现该型涡扇发动机全包线控制性能要求。      

谐振式液体密度传感器压电激励与检测的实现

本文利用正压电效应和逆压电效应,实现谐振式液体密度传感器的压电激励与压电检测,原理简单、功耗低、检测方便。设计了基于该激励和检测方式的自动增益控制(Automatic Gain Control,AGC)电路,当传感器的输出信号发生较大变化时,激励信号的增益可随输出信号的幅值进行自动调节,使输出信号的幅值保持稳定。该电路具有结构简单,适应性好,可靠性高,调节速度快等优点。同时,对所设计的谐振式液体密度传感器进行了标定实验,该密度传感器的精度约为±1.0kg/m³,重复性约为±0.05%,可以实现液体密度的高精度实时在线测量。     

圆柱壳体振动陀螺的力平衡控制

圆柱壳体振动陀螺是基于弹性驻波的哥氏效应测量载体角速度或角度的新型振动陀螺,具有精度高、体积小、结构简单、功耗低等优点,因此是捷联惯性导航系统的理想陀螺仪。工作在力平衡模式的圆柱壳体振动陀螺输出角速率信息,噪声特性好、漂移误差易补偿、分辨率高。文章首先对力平衡模式下的频率跟踪回路、幅度控制回路、正交控制回路、力平衡控制回路等四大控制回路基本原理进行介绍。其中,频率跟踪回路与幅度控制回路一起构成陀螺主模态控制回路,负责系统的频率与幅度控制;正交控制回路与力平衡控制回路一起构成敏感模态的控制回路,负责系统正交误差的抑制、敏感模态的抑制以及角速率信息的提取。最后实现了力平衡模式下的陀螺闭环控制仿真。     

液力自动变速器传动系统建模与换挡特性仿真

根据液力自动变速器换挡过程中操纵件的动态特性,建立换挡过程的动力学模型.建立以转速、节气门开度和驱动模式为参数的发动机模型.依据整车参数,设计换挡规律,提出换挡过程中操纵件的油压控制方法.基于MathCAD数学软件,建立包含驾驶员、机械系统和控制系统等完整的动力传动系统虚拟样机.仿真结果表明,建立的仿真原型与平台可预测传动系统在多种工况下相应动态特性,为换挡规律与换挡品质的仿真提供一个合理的解决方案.