微机电系统引领航空技术新变革

微机电系统(MEMS)被认为是21世纪的一项“使能”技术,对航空工业的技术革新将产生重大影响.本文介绍了MEMS在航空领域的典型应用,包括微惯性测量系统、微型飞行器、微流控和灵巧蒙皮、集成光电器件、发动机智能控制等,并探讨了未来MEMS的发展趋势     

一种长寿命磁滞陀螺电机润滑系统的改进设计

磁滞陀螺电机是惯性姿态敏感器中陀螺的核心部件,磁滞陀螺电机实现长寿命是惯性姿态敏感器长寿命的关键.针对目前陀螺电机轴承的主要失效模式,通过改进润滑系统设计延长了磁滞陀螺电机寿命,并经过寿命试验验证了平均无故障时间大于30000小时.     

基于参数自整定速度控制器SGCMG框架伺服控制系统

针对控制力矩陀螺框架伺服系统传统PI控制对干扰、负载变化等不确定因素的控制能力不足,设计了模糊PI控制器,利用参数自整定速度控制器实时调整参数,实现了框架伺服系统的高稳定性控制.仿真结果表明,相比传统的PI控制策略,响应快,超调小,无需修改参数,有更好的动静态特性,能更好地满足控制力矩陀螺框架伺服控制系统的鲁棒性要求,并有很好的跟踪性能.     

隔振平台对姿态控制系统影响分析及参数选择

为实现卫星的高精度高稳定度姿态控制,在控制力矩陀螺群(CMGs)和星体之间加装了隔振平台。首先依据整星动力学简化模型推得了隔振系统传递函数矩阵;然后分析了隔振平台的使用给姿态控制系统带来的影响,并提出了一种既能使CMGs隔振平台满足隔振要求,又能保证姿态控制系统充分稳定性的参数选择方案;最后通过数值仿真的方式验证了所提出的参数选择方案的合理性。     

一种改进的IMU加表标定模型及快速标定方法

针对MEMS产品工程应用的需求,提出了一种改进的IMU加表标定模型,更清晰地分离出与安装误差有关的投影关系阵以及与器件误差有关的刻度转化阵。并且,在此模型的基础上给出了不需转台的快速标定方法。投影关系阵不变,该方法减少了观测量,只需6位置来估计加速度计的零位和标度因数,同时进行了现场误差补偿。     

一种激光陀螺闭锁阈值的测试方法研究

闭锁效应是二频机抖激光陀螺的最重要误差,其主要来源于光路中的背向散射。通过对自洽场方程组的分析,给出了光强与频差的表达式,继而得到一种新的闭锁阈值测试方法。通过搭建相关测试系统,并对比传统的转台渐进降速测试的闭锁阈值,结果表明新方法得到的测试值与陀螺实测精度具有更好的吻合性,这对预估和分析激光陀螺性能具有较好的指导意义。     

基于MEMS陀螺仪辅助的粒子群优化磁力计校正

目前磁力计校正中存在需要采集大量数据、获取良好的初值和已知准确的传感器噪声分布等问题,传统的粒子群优化磁力计校正算法能够解决以上问题,但是该算法只能用于磁力计简化模型,校正其中9个误差参数,造成补偿不准确的问题。该算法借助MEMS陀螺仪建立矢量目标函数,采用随机漂移粒子群优化算法估计磁力计12个误差参数,具有较强的全局搜索能力和动态适应性。经过仿真与实测实验表明,该算法在磁力计绕其任意2个单轴不完整旋转1周即可实现校正,并且能够在磁场变化情况下保持精度,相比于传统算法补偿精度高、操作简单。     

一种二浮陀螺仪热仿真分析及试验验证

针对某卫星姿态控制系统中的重要测量部件二浮陀螺仪的精度及可靠性不断提高的要求,为了分析、掌握二浮陀螺仪的热设计及内部温度场分布对其精度和可靠性的影响,利用Ansys Fluent软件对二浮陀螺仪温度场进行仿真分析,得出其内部温度场分布情况,并与热真空试验数据进行比对,验证了二浮陀螺仪有限元模型及边界条件的准确性,根据仿真结果提出改善二浮陀螺仪热设计的优化措施.     

空间站组合体惯性系内角动量管理控制

针对惯性系内重力梯度力矩与气动力矩的常值部分积累引起控制力矩陀螺饱和的问题,在惯性系内建立空间站的动力学模型并进行线性化,利用滤波变量将系统状态方程扩维,采用LQR方法设计系统反馈控制增益矩阵,实现空间站在惯性系内的角动量管理控制.惯性系内重力梯度力矩、气动力矩由轨道角速度整数倍的频率成份构成,可以根据实际情况增加抑制不同频率成份的滤波变量,用于抑制不同频率成份干扰力矩对空间站姿态或控制力矩陀螺角动量的干扰,从而使空间站长期在惯性系内飞行而不需要进行角动量的卸载.仿真验证了控制器的性能.     

单框架控制力矩陀螺的奇异分析及操纵律设计

通过对单框架控制力矩陀螺群（SGCMGs）的奇异问题的分析,设计了一种新的伪逆解与零运动向量相结合的操纵律来回避SGCMGs的内部奇异点。首先通过绘制金字塔构型SGCMGs奇异角动量曲面及典型角动量切面对应的奇异度量极值曲面,研究了其奇异的几何特性。然后以缩小期望力矩与各SGCMG角动量的夹角为目的,给出了一种新的零运动向量构造方法用于操纵律的设计。该方法在全局范围内考虑,并未参考当前奇异度量值,故能有效地避免奇异度量局部极值所对应的内部显奇异点。最后将其与现有的几种操纵律进行了数学仿真对比,验证了其有效性及优越性。