摆式积分陀螺加速度计技术发展综述

摆式积分陀螺加速度计(简称陀螺加速度计)具有高精度、大量程、抗干扰、能自动积分等优点,广泛应用于国内外远程火箭的高精度惯性导航与制导系统中。通过采用动压气浮、全液浮、磁悬浮支承技术,三浮陀螺加速度计成为目前工程应用中最高精度的加速度计。综述了三浮陀螺加速度计的发展现状、技术优势及其三浮支承、伺服控制和精密制造等关键技术,并对陀螺加速度计的技术发展进行了分析。     

一种摆式大量程加速度计的设计

介绍了一种摆式大量程加速度计的工作原理.基于经典控制理论完成了加速度计各环节数学模型的建立,对加速度计悬丝支承、力矩器、位移传感器、伺服电路等部件进行了说明,阐述了该大量程加速度计的技术特点.     

石英振梁加速度计研究现状及发展趋势

石英振梁加速度计是一种基于振梁谐振和力频特性原理的新型全固态惯性传感器,具有高精度、大量程、低功耗、直接频率脉冲输出等突出特点,已被广泛应用于战术武器系统。简要介绍了石英振梁加速度计的工作原理、技术特点,梳理了分体式和一体式两种仪表结构的研究现状和关键技术。结合国外研究发展趋势,指出石英振梁加速度计将成为后续达到摆式积分陀螺加速度计精度和抗辐照指标、满足战略级需求最有可能的加速度计方案。     

微机械加速度计发展现状浅析

自微机电系统（MEMS）技术以IC工艺为基础发展以来,微机械加速度计便作为其中一个耀眼的应用实例大放异彩。在国外,上世纪九十年代就有低精度微加速度计产品,同时国内也开始了相关研究。时至今日,微加速度计已经按高精度、中精度、低精度三个精度等级分别发展。以麻省理工大学（MIT）Draper实验室为代表的一些国外机构已经研制出10-7g级别的高精度微加速度计样机并尝试在潜射导弹、洲际导弹再入等方面取得应用,乃至将来替代高精度摆式积分陀螺加速度计（PIGA）;以COLIBRYS、Honeywell等公司为代表的商业机构,依托自身科研能力,致力于将中精度微机械加速度计推出量产化的单表和组合成品并推向低端军用和高端民用市场;以AD、ST等公司为代表的跨国公司,依托自身工艺线,推出大量的微机械加速度计,占领了消费电子市场。国内的研制分工也越来越细化,技术路线、行业分工、研究内容、需求牵引都越来越明确,其中压阻式、热对流式微机械加速度计已经产业化,微机械加速度计已有小批量的产品,硅微谐振式加速度计也显示了很好的发展前景。本文试对发展现状进行了简单评析。     

滚摆式导引头稳定平台控制器设计

滚摆式导引头体积小、质量小、框架角大,能够实现对前半球视场的覆盖.设计了一种基于DSP TS101与PFGA的滚摆式导引头伺服稳定控制器.分析了伺服控制器硬件电路设计与控制算法,实现对滚转和摆动框架的伺服稳定控制.最后对滚转、摆动框架进行隔离度试验,取得较好的效果.     

摆式力平衡加速度计测试方法

阐述了摆式力平衡加速度计的基本工作原理和主要性能指标的测试方法,分析了加速度计误差及存在误差的原因,对减小误差的测试方法进行探讨研究,达到了提高加速度计测试准确度的目的.     

陀螺加速度计伺服回路的滑模变结构控制方法研究

陀螺加速度计的正常工作需要相应的伺服回路来保证仪表具有足够的静态和动态性能,以陀螺加速度计伺服回路为研究对象,对其控制方法进行研究.基于已有的数字控制方案,针对陀螺加速度计伺服回路的参数摄动等不确定问题,设计了一种离散域内的滑模变结构控制器,并对其进行相关仿真和实验.仿真和实验结果表明,滑模变结构控制器的动态性能良好,具有较强的鲁棒性.     

加速度计标度因数稳定性因素研究

主要从理论上分析了影响悬丝支承的单轴摆式加速度计标度因数稳定性的因素,并在实践中总结了工艺、环境对标度因数的影响,同时提出了有效的解决措施和方法.     

序言

<正>机电转子式陀螺仪基于经典牛顿力学,是工业化应用最早的一类惯性仪表,该种仪表因其简单、便捷的工作原理,以及稳定、可靠的工作特性,20世纪初即在舰船等导航中得到广泛应用。一个多世纪以来,人们为了提升机电转子式陀螺仪的精度与使用性能,以降低转子(组件)支承上的干扰力矩为主线,陆续发展了滚珠轴承、静压气浮、静压液浮、液浮等支承技术,及至“三浮”支承(高速转子采用动压气浮支承,陀螺组件采用全液浮和磁悬浮支承)和静电支承等技术的发展应用,使其达到了工程上的最高精度。时至今日,     

一种摆式加速度计结构模态分析

利用ANSYS软件对一种单轴摆式加速度计的结构进行了有限元分析,得出了各阶模态下加速度计结构的固有频率和振型,找到了处于该型加速度计通频带之内的模态频率。然后,对加速度计进行了结构优化,使各阶模态频率处于通频带之外,为加速度计的结构改进提供了理论依据。     

石英挠性加速度计参数长期重复性技术研究

石英挠性加速计作为敏感载体加速度的关键器件,其参数的长期重复性直接决定着惯导系统的精度和性能。为了清楚石英挠性加速度计长期重复性机理,从胶粘剂性能变化和焊接应力变化两个方面分析了石英挠性加速度计偏值长期重复性机理;从胶粘剂性能变化和永磁材料稳定性两个方面分析了石英挠性加速度计标度因数重复性机理。在此基础上,提出了从结构优化、新型材料研究、稳定化处理和加速试验四个方面提高石英挠性加速度计参数长期重复性的建议,为开展高精度石英挠性加速计的研制提供了支撑。     

硅微谐振加速度计的研究现状及发展趋势

硅微谐振加速度计具有体积小、 功耗低、 准数字量输出和精度提升大的优点,是一种具有良好应用前景的高精度MEMS惯性仪表.总结分析了近些年国内外在硅微谐振加速度计方面的研究现状,主要在结构设计及工艺、 测控电路设计等方面阐述了各自特点.最后,结合近些年MEMS惯性仪表的发展趋势,对硅微谐振加速度计晶圆级真空封装、 测控电路数字化、仪表补偿智能化3个发展方向进行了展望.     

基于PCI-7354的三轴转台控制系统设计

三轴转台是测试惯性元件的关键设备之一。随着航天、航空工业的发展,对惯性元件的精度要求不断提高,同时也对测试转台的性能指标要求越来越高。本文以三轴转台伺服系统为研究对象,确定了基于PCI-7354运动控制卡和直流伺服电机的控制方案,应用PCI-7354运动控制卡的伺服控制,通过系统调试完成了转台控制系统的设计。试验结果表明,该转台控制系统具有精度高、稳定性好、开发周期短等特点,可以满足实际应用的需要。     

磁悬浮系统的模糊控制仿真研究

以开环不稳定和强烈非线性的磁悬浮转台为研究对象,其控制器性能的好坏直接影响到磁悬浮转台的动态性能。模糊控制因其简单实用,不需要精确的数学模型等特点而成为磁悬浮控制系统的理想选择。采用模糊控制方法实现对磁悬浮转台的数字控制,利用M atlab模糊逻辑工具箱中的FIS(Fuzzy Inference System)编辑器,结合S imu link工具箱建立了模糊控制系统的仿真模型,并对整个系统进行了仿真和实验。仿真结果表明模糊控制器在磁悬浮转台起动和悬浮时响应速度快,稳定性好,抗干扰能力强。     

基于低精度离心机的平台惯导系统加速度计高精度系统级标定方法

高动态、大过载是未来导弹、飞行器的标志性特征,这一特征对惯导系统性能指标尤其是加速度计的性能指标要求尤为严苛.针对此,分析了平台惯导系统加速度计主要非线性误差(标度因数对称性和二次项系数)的传统离心标定方法的缺陷,提出了基于低精度离心机的平台惯导系统加速度计高精度系统级标定方法.该方法是利用惯导系统的速度和位置误差积分作为观测量进行Kalman滤波估计,不仅能对加速度计的非线性误差进行更有效估计,而且能克服传统离心标定方法对离心机的高精度要求.最后通过离心试验验证了该标定方法的有效性,试验结果表明,加速度计非线性误差补偿后的速度和位置误差小于补偿前相应误差的25％.     

基于靶标实现光电经纬仪伺服系统的室内检测

为解决靶场光电经纬仪伺服系统的检测,在原有检测设备的基础上,对动态精度靶标的计算机系统增加引导数据输出功能,并以异步串行通讯的方式发送给光电经纬仪伺服系统,通过接收引导跟踪完成伺服控制系统的室内检测。该方法可用于靶场光电经纬仪伺服控制系统跟踪性能和跟踪精度的检测,具有较高的实用价值。     

控制力矩陀螺磁轴承-框架动力学耦合特性仿真研究简

框架角速率精度决定着控制力矩陀螺输出的姿态控制力矩精度,前者的精度由框架伺服电机力矩精度和框架转动惯量决定.磁悬浮控制力矩陀螺框架转动和陀螺转子的微小扭摆运动间存在动力学耦合,其框架表现出比标称值大的等效转动惯量.在柔性结构框架动力学模型和磁轴承刚度-阻尼模型基础上,研究磁轴承-框架动力学特性,推导出框架等效转动惯量和磁轴承控制参数之间的关系式,表明调整磁轴承控制参数能增大框架等效转动惯量,提高框架角速率精度.根据闭环系统稳定性和轴承承载力,确定了磁轴承控制参数取值范围,并给出了框架等效转动惯量的调节范围.通过对某小型磁悬浮控制力矩陀螺框架角速率控制系统的Simulink仿真,证明了控制力矩精度可以提高5倍,验证了模型的准确性.     

整体叶盘高效强力复合铣A轴高精度控制技术研究

A轴单元作为五轴数控机床的关键功能部件,其控制精度直接影响整体叶盘的加工精度和表面质量.针对摩擦、齿隙、参数摄动和测量噪声等非线性干扰对A轴伺服系统控制精度的影响,提出了基于线性二次型最优控制(LQC)和滑模控制(SMC)相结合的鲁棒控制算法(LQSMC).该方法以系统状态空间表达式及LQC为基础,通过引入基于卡尔曼滤波器和控制输入的状态估计,对系统状态空间模型进行改进并定义新的滑模面方程,使得改进后的控制算法在性能上接近LQC并能有效抑制SMC的抖振.仿真分析和实验结果表明,LQSMC算法具有控制精度高、鲁棒性强和抑制干扰能力强等优点,其能有效提高A轴伺服系统的定位精度和跟踪精度,使整体叶盘型面加工精度和表面一致性得到保证,并显著降低了表面粗糙度.