小型CPT原子钟的数字电路优化研究

CPT原子钟是一种体积小、功耗低、指标优的新型原子钟。本文对小型CPT原子钟数字滤波算法开展优化研究,采用CIC滤波器前端滤波,低阶FIR滤波器后端滤波。新滤波模块在保证相同的噪声抑制比的情况下,节约逻辑资源,降低整钟功耗。基于以上方案实现的滤波模块,获得了55dB的滤波效果,同时节省了约42%的FPGA逻辑资源。     

基于CPT原理原子钟的频率控制系统

在J.Vanier工作的基础上,根据CPT(Coherent Population Trapping:相干布局数囚禁)原子钟的系统组成和工作原理,导出了基于CPT原理原子钟的频率控制系统模型,对于基于CPT原理原子钟的分析和设计工作具有实际的指导意义。     

基于相干极化调制的小型化CPT原子钟进展

基于相干布局囚禁（Coherent Population Trapping）的被动型气泡原子钟,因其优良的短稳2E-13@1s和中期稳定度2.5E-15@10⁴s,而成为高性能原子钟的有力竞争者。本文基于一种新构型来探索实现高性能小型化CPT原子钟。我们通过3.4GHz微波直接调制分布式布拉格反射(DBR)激光器产生相干双色光,同时在微波和激光光束上分别施加同步的相位调制和偏振调制,实现相干极化调制,获得了较高对比度（14.7%）和较窄线宽（416Hz）的CPT共振信号。该方案采用直接调制技术使原子钟系统体积、复杂性和环境敏感性都得到减小,这使得高性能CPT原子钟的小型化成为可能。     

IIR滤波器在芯片原子钟中的应用

芯片原子钟是具有小体积,低功耗特点的原子钟。本文采用了IIR滤波器方案对芯片原子钟物理系统输出信号进行处理,该方案有利于减小芯片原子钟的体积、提高芯片原子钟短期频率稳定度。实验结果表明,与FIR滤波方案相比,IIR滤波器使用的FPGA资源减小了约58%;与现有模拟滤波方案相比,使用IIR滤波器方案的芯片原子钟频率稳定度提高了1.4×10~(-10)τ~(-1/2)(τ=1s-100s),电路面积减小了10%。     

CPT铯原子钟微波信号源设计与分析

CPT原子钟由于其体积小、功耗低等优点广泛应用于通信、导航及数据传输等领域。本文采用数字锁相倍频的方法,根据CPT铯原子钟对微波信号的需求设计了一种中心频率为4 596MHz的信号源,并对其输出信号的相位噪声进行了分析。经测试,信号源电路尺寸为30mm×50mm,功耗小于200mW,输出微波功率范围为（-20~-5）dBm,输出信号噪声与理论分析相符,杂散抑制满足设计要求,调制信号频率为500Hz,可用于CPT铯原子钟。     

介质振荡器的设计

为了实现微型化相干布局囚禁（CPT）原子钟,需要设计出小体积、低功耗的微波电路。本文介绍了利用介质振荡器（DRO）实现的适合微型CPT原子钟的微波电路,首先利用ADS（Advanced Design System）软件实现了介质振荡器的仿真,然后根据仿真结果设计并实现了振荡器电路,测试结果表明：输出微波频率为3.4GHz、功率为-4dBm、功耗为37mW。     

基于相干极化调制的小型化CPT原子钟进展

基于相干布局囚禁(Coherent Population Trapping)的被动型气泡原子钟,因其优良的短稳2E-13@1s和中期稳定度2.5E-15@10~4s,而成为高性能原子钟的有力竞争者。本文基于一种新构型来探索实现高性能小型化CPT原子钟。我们通过3.4GHz微波直接调制分布式布拉格反射(DBR)激光器产生相干双色光,同时在微波和激光光束上分别施加同步的相位调制和偏振调制,实现相干极化调制,获得了较高对比度(14.7%)和较窄线宽(416Hz)的CPT共振信号。该方案采用直接调制技术使原子钟系统体积、复杂性和环境敏感性都得到减小,这使得高性能CPT原子钟的小型化成为可能。     

CPT原子钟系统光源温度控制设计与实现

介绍了半导体激光器波长影响机理,针对相干布局数囚禁（CPT）原子钟系统光源,设计并制作了通过半导体激光器的温度稳定的电路。实验结果表明,采用此电路的激光器,其温度稳定度约为0.02℃,相应波长稳定度可达0.001 2 nm。     

导航铯原子钟的发展现状及趋势

1 引言 目前,国际上导航原子钟的类型主要是传统的原子钟,包括铷钟、氢钟和铯钟.在这三者中,铷原子钟在质量、体积、功耗等方面占有优势,氢钟在短期和中期稳定度指标方面占有优势,铯钟的准确度和漂移率指标在三者中最好.由于铯原子钟的上述优势,美国的"全球定位系统"(GPS)和俄罗斯的"全球导航卫星系统"(GLONASS)都采用了铯原子钟, GPS Block-1、2、2A和2F采用了磁选态铯钟,未来,GPS-3拟采用激光抽运铯钟.俄罗斯GLONASS Block-2A、2B、2C及GLONASS-M、K都搭载了磁选态铯钟.     

大功率霍尔推力器应用的滤波单元建模分析

放电电流低频振荡的抑制是霍尔推力器应用的主要问题之一,使用RLC滤波单元是抑制霍尔推力器放电电流低频振荡的最常用方法.对于大功率霍尔推力器而言,传统的RLC滤波器存在直流功耗大、发热严重的问题.提出并设计了一种新型耦合电感结构的滤波器,相比于传统的RLC滤波器,耦合电感结构的滤波器通过合理的参数设置存在明显的陷波特性,具有更好地抑制低频振荡的效果.对建立的电路模型进行仿真分析,得到了不同耦合电感参数的选择对低频振荡频率信号的衰减作用以及陷波频率的影响因素.结果表明：耦合电感结构的滤波器可有效降低电感值,从而降低滤波器的功耗和发热量,在理论上具有陷波特性的耦合电感结构滤波器对低频振荡具有较好的抑制特性,可以有效降低放电电流低频振荡对电源系统的干扰,具有显著的工程应用价值.     

电液负载仿真台的理论分析

对电液负载仿真台进行了深入的理论分析,建立了电液负载仿真台的数学模型,揭示了影响负载仿真台的各种因素,仿真分析了结构参数对电液负载仿真台频率特性的影响.结果表明:加载系统负载刚度和泄漏系数的提高,以及马达排量和有效容积的减小都有利于加载系统快速性的提高.加载系统结构参数的合理选择是实现电液负载仿真台高性能的关键,因此对高性能负载仿真台的研制具有理论指导意义.     

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.     

航空泵试验台驱动变结构控制

飞机液压系统泵源需进行地面试验,采用变频调速器＋异步电机＋增速箱的驱动形式是航空泵进行地面试验最先进有效的方法之一.建立了矢量控制变频调速驱动下航空泵试验台驱动系统的数学模型,针对航空泵试验时由于负载变化泵转速不能保持恒定的问题,采用积分滑模面的滑模变结构控制策略,并构造Lyapunov函数证明其稳定性.为降低输出抖振现象,提出采用模糊控制监督下的滑模变结构控制和伪微分反馈(PDF, Pseudo Derivative Feedback)控制相结合的控制策略,仿真及实验结果表明,该控制方法有很高的控制精度,在保持滑模变结构控制鲁棒性强的前提下降低了输出抖振现象.      

弹载变转速定量泵高动态压力控制特性分析

传统弹载电液伺服系统的液压能源采用有刷直流电机驱动恒压变量泵的方式,泵源压力在导弹飞行过程中设定值恒定,但在平飞段过程长、负载小,对能源压力需求低,造成弹上能源总利用率不高的问题,提出无刷直流电机驱动小排量液压泵的压力控制泵源的设计,在低气动负载阶段适当降低系统压力,进而降低节流损失与泄漏量,提高能量利用率。分析了变转速定量泵的流量压力特性曲线,通过建立基于变转速压力控制泵源的位置电液伺服系统数学模型与仿真模型,分析了变转速定量泵压力控制系统在典型工况下的位置跟踪、系统压力变化与能量利用效率,验证了压力控制系统能够在导弹平飞段保证位置伺服系统跟踪正常的前提下,能有效提高系统效率,证明了变转速定量泵压力控制系统的有效性与可行性。     

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.     

电磁航天器编队动力学建模与运动规划方法

基于电磁航天器作用原理,利用拉格朗日方法,建立电磁航天器“绳系”动力学模型.基于偏差线性化动力学模型,以切向、径向编队为例,分析编队构型保持稳定性,设计构型保持控制律;将双星电磁航天器编队(EMFF,Electromagnetic Formation Flight)重构运动规划问题转化为标准优化问题,利用高斯伪谱优化方法进行求解.并提出序列控制策略,将该双星模型扩展应用于多星电磁编队构型重构问题,转化为多阶段运动规划问题利用多阶段优化方法进行求解.仿真结果表明本文的动力学建模方法和控制方法是可行的.      

新型直线振荡电机建模与动态特性实验

针对提出的直接驱动液压伺服泵新原理，设计了一种短行程永磁直流直线振荡电机，阐述了基于最小磁阻理论的电机工作原理，采用一种哈尔巴赫磁极阵列空心动子设计结构，用于提高电机动态响应能力，并利于谐振弹簧的安装.利用Matlab/Simulink建立了电机的集中参数数学模型并给出传递函数，通过正弦电压扫频激励，获取了电机空载下的电流频率特性以及恒定负载下的效率频率特性.基于电机模型设计了电流环与位置环双闭环控制结构，用于提高电流的频响与位置跟踪能力.最后对设计的电机进行了空载谐振与闭环动态实验研究，实验与分析仿真结果基本吻合，验证了电机模型与闭环控制结构的有效性.     

太阳帆板驱动机构微振动建模及摩擦补偿研究

从太阳帆板驱动机构（SADA）微振动产生机理出发,考虑电机谐波力矩和导电环摩擦力矩对电机输出力矩的影响,建立以永磁同步电机（PMSM）为驱动源的闭环SADA模型及其与挠性负载耦合的动力学方程.通过拟合电机低速运行时导电环摩擦力矩随转速的变化曲线,利用非线性最小二乘法辨识摩擦模型静态参数,并在电机闭环反馈调节机制中引入摩擦补偿环节.通过对比和分析摩擦补偿前后电机控制量以及帆板转速输出的变化,仿真结果表明摩擦补偿在一定程度上消除了摩擦对SADA低速运行性能的影响,为降低SADA对超静卫星平台和高性能载荷的影响以及展开对其微振动优化和抑制提供依据.     

具有相乘非线性的马达速度鲁棒控制

变转速变排量联合控制是一种新型的容积控制,具有效率高和相对快的响应,但由于具有相乘的本质非线性,给控制带来一定的难度.针对变频调速变排量联合控制的泵控马达速度试验系统,建立了系统的数学模型,对存在的本质非线性问题,提出采用精确反馈线性化方法进行线性化处理,并设计了基于积分滑模面的马达速度滑模变结构控制器.由于系统参数多,各个参数是变化的且不易确定,造成常规的滑模变结构控制输出抖振现象严重,为降低输出抖振现象,提出采用自适应模糊滑模控制器进行改进,并对稳定性进行证明.最后对该控制方法的抗干扰性和正弦信号跟踪性进行了仿真试验,仿真结果验证了所设计的控制方法正确性.      

发动机-变量泵-变量马达驱动系统分层控制

为充分发挥工程车辆用发动机及液压系统的工作性能,并同时提高其在动态条件下的功率传递效率,对发动机-变量泵-变量马达(三变量)组成的串联型液压驱动系统控制策略进行研究.对驱动系统各个部分进行参数匹配,确定各环节的额定计算工况; 提出自适应分层控制策略,以系统效率最大化为目标,主动调节发动机、变量泵以及变量马达的工作点,主动适应负载功率需求.在MATLAB/Simulink软件中对系统进行后向建模,仿真结果表明,所提出的控制策略能够有效地保证系统高效率的功率传递,通过优化发动机工作点降低油耗.