半球谐振陀螺热稳态过程的解析

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作者 赵万良 宋效才 +3 位作者 李绍良 成宇翔 杨浩 夏昕 《中国惯性技术学报》 北大核心 2025年第2期164-171,共8页

针对半球谐振陀螺零位容易受到温度影响出现漂移,会影响陀螺测量精度和启动时间的问题,分析了半球谐振陀螺的内外热源造成的半球谐振子温度变化的热过程。首先,分析了半球谐振陀螺传热学机理,建立了陀螺的传热学模型,得到了谐振子温度... 针对半球谐振陀螺零位容易受到温度影响出现漂移,会影响陀螺测量精度和启动时间的问题,分析了半球谐振陀螺的内外热源造成的半球谐振子温度变化的热过程。首先,分析了半球谐振陀螺传热学机理,建立了陀螺的传热学模型,得到了谐振子温度随时间变化关系特性;其次,利用COMSOL软件对建立的陀螺有限元模型进行了传热学仿真,仿真结果与理论模型一致;最后,通过陀螺的温度以及上电启动实验进一步验证了理论模型和仿真的正确性,得到半球谐振陀螺的热稳态时间主要与陀螺结构参数有关,通过改变结构属性参数,可以减小陀螺的热稳态时间,最终改善陀螺的测量精度以及上电启动性能。 展开更多

关键词 半球谐振陀螺 零位温度漂移 热过程 上电启动时间

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基于Allan方差斜率的半球谐振陀螺电路噪声辨识

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作者 夏昕 江文杰 +2 位作者 杨浩 宋效才 赵万良 《中国惯性技术学报》 北大核心 2025年第6期615-621,共7页

电路噪声是影响半球谐振陀螺精度水平的重要因素,为实现电路噪声的快速定位,提出了基于Allan方差斜率的半球谐振陀螺电路噪声辨识方法。首先推导了简化的电路噪声闭环传递函数并建立仿真模型,然后推导各项噪声功率谱密度和Allan方差斜... 电路噪声是影响半球谐振陀螺精度水平的重要因素,为实现电路噪声的快速定位,提出了基于Allan方差斜率的半球谐振陀螺电路噪声辨识方法。首先推导了简化的电路噪声闭环传递函数并建立仿真模型,然后推导各项噪声功率谱密度和Allan方差斜率的对应关系,最终得到Allan方差斜率-1和-1/2分别对应检测噪声和驱动噪声的结论。对半球谐振陀螺电路的实测噪声进行分析,并通过与各电路模块噪声理论值的比较,确定电容电压转换电路(CV电路)和模数转换电路(ADC电路)是半球谐振陀螺的主要噪声来源,与Allan方差斜率辨识的结果相符,验证了所提噪声辨识方法的有效性。 展开更多

关键词 ALLAN方差 半球谐振陀螺 电路噪声 噪声辨识

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控制力矩陀螺高精度框架控制技术 被引量：3

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作者 孙丹峰 周华俊 +1 位作者 李晟 周明玮 《电子测量技术》 2016年第11期19-25,共7页

通过对单框架控制力矩陀螺(single gimbal control moment gyroscope,SGCMG)框架伺服系统的性能要求,归纳了影响框架转速性能的扰动因素,并分析了其对框架转速性能的影响;深入分析了轴承摩擦力矩、动量轮转子不平衡等主要扰动因素的影响... 通过对单框架控制力矩陀螺(single gimbal control moment gyroscope,SGCMG)框架伺服系统的性能要求,归纳了影响框架转速性能的扰动因素,并分析了其对框架转速性能的影响;深入分析了轴承摩擦力矩、动量轮转子不平衡等主要扰动因素的影响,并用前馈补偿法降低摩擦力矩对系统响应时间的影响、用频域法分析了实际系统对转子不平衡量干扰的衰减程度,为转子动平衡设计提供理论依据。最后,对框架系统的相关性能指标进行了仿真验证,实现了控制力矩陀螺的高精度框架控制。 展开更多

关键词 控制力矩陀螺 框架伺服控制 扰动因素

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长寿命半球谐振陀螺真空保持技术

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作者 于鑫海 刘奎 +4 位作者 苏定宁 赵思晗 段杰 李绍良 赵万良 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第4期531-534,共4页

半球谐振陀螺是一种高精度长寿命的陀螺仪,具有小型化和轻量化的特点,最长具备连续工作15年的能力。随着半球陀螺的长时间工作,受材料放气和焊缝漏率的影响,真空度的下降对陀螺谐振子的精度影响逐渐增大,又因陀螺轻量化的要求,需要精确... 半球谐振陀螺是一种高精度长寿命的陀螺仪,具有小型化和轻量化的特点,最长具备连续工作15年的能力。随着半球陀螺的长时间工作,受材料放气和焊缝漏率的影响,真空度的下降对陀螺谐振子的精度影响逐渐增大,又因陀螺轻量化的要求,需要精确计算寿命期间的出气总量,以严格控制吸气剂的用量。该文分析了陀螺在工作过程中的出气类型,从材料放气、焊缝漏率、氢气渗透3个维度建立数学模型,得出工作过程中的出气总量,并建立陀螺流体模型,给出吸气剂的用量和初始工作条件。研究结果表明,对于吸气量大于4.12 Pa·L的半球陀螺,选用St172型吸气剂450 mg,可以满足长寿命工作的要求。本研究为半球谐振陀螺的长寿命真空保持提供理论。 展开更多

关键词 半球谐振陀螺 真空封装 空气阻尼 放气速率 吸气剂

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CMG框架超低速无电流环矢量控制研究

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作者 陈雷 潘松 +2 位作者 徐张凡 李华峰 申友涛 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期594-601,625,共9页

针对控制力矩陀螺框架在超低速工况下存在转速测量精度低、多源扰动力矩及非线性摩擦等问题,提出了基于无电流环矢量控制的超低速驱动控制方法。首先,建立超低速工况下的框架电机的机电模型,设计了无电流环磁场矢量控制器(field-oriente... 针对控制力矩陀螺框架在超低速工况下存在转速测量精度低、多源扰动力矩及非线性摩擦等问题,提出了基于无电流环矢量控制的超低速驱动控制方法。首先,建立超低速工况下的框架电机的机电模型,设计了无电流环磁场矢量控制器(field-oriented control,简称FOC);其次,针对转速测量精度的问题,设计了转速观测器作为反馈环节。结果表明,与方波驱动法相比,该方法无换相转矩,提高了转速测量精度,且在面对多源扰动、非线性摩擦时具有鲁棒性。仿真和实验结果验证了该方法的可行性和有效性。 展开更多

关键词 控制力矩陀螺 磁场矢量控制 卡尔曼滤波 框架控制

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半球谐振陀螺电路增益误差分析与校准方法 被引量：3

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作者 江文杰 王伟 +3 位作者 嵩甲晨 陈家伟 朱雨桐 赵万良 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期690-695,共6页

针对力平衡模式半球谐振陀螺标度因数和零偏受控制电路增益影响的问题,推导了包含控制电路增益的陀螺输出表达式,明确了控制电路增益对陀螺标度因数和零偏的影响机理,提出在控制电路中加入参考信号的增益校准方法,并通过Matlab仿真验证... 针对力平衡模式半球谐振陀螺标度因数和零偏受控制电路增益影响的问题,推导了包含控制电路增益的陀螺输出表达式,明确了控制电路增益对陀螺标度因数和零偏的影响机理,提出在控制电路中加入参考信号的增益校准方法,并通过Matlab仿真验证了所提方法的有效性。根据理论计算及仿真结果进行电路设计并开展增益校准实验。实验结果表明,所提校准方法将陀螺的Allan方差最低点由0.006(°)/h降低到了0.002(°)/h,对应陀螺的零偏稳定性提升了3倍。 展开更多

关键词 力平衡模式 增益校准 标度因数 零偏稳定性

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面向双气室铯光泵磁力仪的VCSEL稳频研究

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作者 张弛 李绍良 +3 位作者 赵擎阳 舒适 吴招才 刘华 《激光杂志》 CAS 北大核心 2024年第4期26-34,共9页

在地磁场测量领域中,自激振荡式碱金属原子光泵磁力仪因为快速响应与高精度成为一项重要技术。其中自激式双气室光泵磁力仪无需考虑移相电路带来的信号误差,电路简单。使用垂直腔面发射激光器作为泵浦光源有效降低了磁力仪功耗和体积。... 在地磁场测量领域中,自激振荡式碱金属原子光泵磁力仪因为快速响应与高精度成为一项重要技术。其中自激式双气室光泵磁力仪无需考虑移相电路带来的信号误差,电路简单。使用垂直腔面发射激光器作为泵浦光源有效降低了磁力仪功耗和体积。针对使用垂直腔面发射激光器的便携式双气室铯光泵磁力仪激光稳频方法进行设计,设计方案包括激光器温度控制电路,光泵磁力仪信号反馈电路,激光器电流源调制与控制电路。将注入电流调制的稳频方法用于双气室光泵磁力仪结构,减小稳频代价的同时具有较好稳定性,温度控制精度达到0.002℃,10秒内波长稳定度达到4.36×10^(-10),初步探索了自激式双气室光泵磁力仪集成化与小型化的可能性。 展开更多

关键词 垂直腔面发射激光器 光泵浦 磁力仪 稳频

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光程倍增光纤陀螺偏振误差相关抵消的研究 被引量：2

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作者 张敏 傅长松 +3 位作者 王金芳 胡宗福 蒋治国 胡宗福 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期25-33,共9页

利用光程倍增光纤陀螺的奇、偶时隙输出之间的相关性对陀螺零偏误差进行相关抵消处理。为了验证该方法的有效性,将光程倍增光纤陀螺置于室温,以100s滑动平均,其每秒输出的奇、偶零偏为-0.1°/h、0.08°/h,利用相关抵消的方法处... 利用光程倍增光纤陀螺的奇、偶时隙输出之间的相关性对陀螺零偏误差进行相关抵消处理。为了验证该方法的有效性,将光程倍增光纤陀螺置于室温,以100s滑动平均,其每秒输出的奇、偶零偏为-0.1°/h、0.08°/h,利用相关抵消的方法处理后,其零偏得以修正且零偏稳定性从0.008°/h提高至0.002°/h.该相关抵消的信号处理方法快速简便且有效,为光程倍增光纤陀螺的精度优化提供了新思路. 展开更多

关键词 光纤陀螺 光程倍增 偏振误差 相关抵消 零偏稳定性

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一种适用于星载太阳翼的驱动控制器设计 被引量：1

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作者 李丽娇 石然 +2 位作者 严丹 马吉雨 张俊 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2018年第6期22-31,共10页

为了实现星载太阳翼稳定、可靠、高精度的调速控制,本文设计一种基于FPGA的驱动控制器,通过RS-422异步通信串口接收指令,自主进行速度规划,并结合采集的零位信号进行位置闭环控制,以细分驱动的方式对两路太阳翼进行同步或独立控制.该驱... 为了实现星载太阳翼稳定、可靠、高精度的调速控制,本文设计一种基于FPGA的驱动控制器,通过RS-422异步通信串口接收指令,自主进行速度规划,并结合采集的零位信号进行位置闭环控制,以细分驱动的方式对两路太阳翼进行同步或独立控制.该驱动控制器使用VHDL语言设计,在Modelsim软件中进行仿真,并使用航天级FPGA通过LMD18200H桥驱动芯片连接至步进电机,对星载太阳翼进行调速、归零和停止控制.仿真和实验结果表明,该设计可以准确、稳定的控制步进电机,在64细分、100∶1减速比的条件下,低速段的速度相对误差在0. 006(°)/s之内,高速段的速度误差在±0. 13%之间. 展开更多

关键词 太阳翼 驱动控制 FPGA 步进电机

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科氏振动陀螺全角模式阻尼误差与补偿 被引量：4

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作者 樊琦 潘覃毅 +2 位作者 陈家伟 赵万良 成宇翔 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期61-66,共6页

工作在全角模式的科氏振动陀螺具有直接输出角度信息、大动态范围、高测量带宽及稳定的标度因数等优势,但其性能易受谐振子刚度不对称、极板间距不一致、阻尼误差等因素影响,其中阻尼误差缺乏有效的补偿方案。针对科氏振动全角陀螺的阻... 工作在全角模式的科氏振动陀螺具有直接输出角度信息、大动态范围、高测量带宽及稳定的标度因数等优势,但其性能易受谐振子刚度不对称、极板间距不一致、阻尼误差等因素影响,其中阻尼误差缺乏有效的补偿方案。针对科氏振动全角陀螺的阻尼误差,提出在阻尼主轴坐标系中采用能量衰减法对阻尼误差的影响进行分析,确定了全角陀螺的速率死区指标,并得到了在不同外界角速率下全角陀螺的进动特性。最终采用自适应阻尼补偿法对全角陀螺阻尼误差进行抑制,将MEMS多环陀螺的速率漂移从2°/s降低至0.25°/s。 展开更多

关键词 全角陀螺 阻尼误差 能量衰减法 速率死区 自适应补偿

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锁相环相位误差对半球谐振陀螺零偏影响分析与校准 被引量：4

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作者 赵万良 夏昕 +2 位作者 成宇翔 杨浩 王伟 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期620-625,共6页

针对两件套半球谐振陀螺力平衡模式闭环控制系统中的锁相环相位误差问题,开展了锁相环相位误差对陀螺影响分析,并提出了一种锁相误差校准方法。基于带阻尼和弹性耦合的动力学方程,推导了存在锁相误差情况下的各控制力表达式,对谐振频率... 针对两件套半球谐振陀螺力平衡模式闭环控制系统中的锁相环相位误差问题,开展了锁相环相位误差对陀螺影响分析,并提出了一种锁相误差校准方法。基于带阻尼和弹性耦合的动力学方程,推导了存在锁相误差情况下的各控制力表达式,对谐振频率、标度因数和零偏的影响进行了理论分析和仿真验证。发现锁相误差对谐振频率的影响可以忽略,仅为1.35 ppb/°;对标度因数具有一定影响,锁相误差1°处,为152 ppm/°;而对陀螺零偏影响较大,频差0.001 Hz时,为10.8704°/h/°。提出了一种基于幅度控制量极小值的锁相误差校准方法,实验结果表明,校准后零偏减小了54%,验证了所提方法的有效性。 展开更多

关键词 半球谐振陀螺 锁相误差 力平衡闭环控制 误差校准

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基于维纳过程退化模型的动量轮寿命预测与分析 被引量：4

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作者 徐敬勃 谭学谦 +3 位作者 吴珍 孙丹峰 姜宁翔 孙丹 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期388-398,共11页

动量轮作为卫星的关键执行部件,其可靠性与寿命直接影响到卫星在轨任务的执行.对于动量轮产品的寿命预估与分析,受限于样本少、试验周期长、代价高等因素,无法获取足够的寿命样本数据.本文结合工程经验及已有的地面寿命试验数据,采用维... 动量轮作为卫星的关键执行部件,其可靠性与寿命直接影响到卫星在轨任务的执行.对于动量轮产品的寿命预估与分析,受限于样本少、试验周期长、代价高等因素,无法获取足够的寿命样本数据.本文结合工程经验及已有的地面寿命试验数据,采用维纳过程退化模型,对动量轮产品的可靠性进行建模,并对其寿命进行预估与分析.该模型为动量轮寿命预测提供了一种有效方法,适用于高可靠、长寿命产品的寿命预测与分析. 展开更多

关键词 动量轮 维纳过程 退化模型 可靠性 寿命预测

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半球谐振陀螺电路增益非对称分析及抑制方法 被引量：4

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作者 赵万良 江文杰 +2 位作者 张天翔 樊琦 邵添羿 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期644-651,共8页

全角模式半球谐振陀螺具有测量动态范围大,不存在速率积分误差等优点,应用场景广泛,但驻波检测和驱动电路的增益非对称会对其标度因数的线性度和稳定性产生影响。针对上述问题,推导了含有检测驱动电路增益和相移的陀螺动力学模型,明确... 全角模式半球谐振陀螺具有测量动态范围大,不存在速率积分误差等优点,应用场景广泛,但驻波检测和驱动电路的增益非对称会对其标度因数的线性度和稳定性产生影响。针对上述问题,推导了含有检测驱动电路增益和相移的陀螺动力学模型,明确电路增益和相移不对称对陀螺标度因数的影响机理,提出一种检测驱动电路单路复用的方法,并通过仿真验证了所提方法的有效性。最后开展单路复用实验,实验结果表明单路复用将全角模式下的角速度漂移降低了82%,并将标度因数非线性从6%降低到了1.3%,基本消除了电路的增益非对称对标度因数的影响。 展开更多

关键词 半球谐振陀螺 全角模式 标度因子 增益非对称

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箭载光纤陀螺支架减振器特性分析 被引量：1

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作者 徐立黄 李强 +2 位作者 孙茂强 刘吉 陈珊 《弹箭与制导学报》 北大核心 2019年第6期134-137,共4页

运载火箭振动环境是光纤陀螺在工程应用中无法回避的问题,为降低火箭发射过程中随机振动对光纤陀螺精度的影响,设计三轴等刚度橡胶减振器对光纤陀螺支架进行空间八点减振安装。应用ANSYS软件对减振器进行仿真设计,通过合理设计减振器谐... 运载火箭振动环境是光纤陀螺在工程应用中无法回避的问题,为降低火箭发射过程中随机振动对光纤陀螺精度的影响,设计三轴等刚度橡胶减振器对光纤陀螺支架进行空间八点减振安装。应用ANSYS软件对减振器进行仿真设计,通过合理设计减振器谐振频率,有效抑制了随机振动量级。仿真设计结果与随机振动试验结果一致,减振器设计符合减振要求。 展开更多

关键词 减振器 模态分析 随机振动 ANSYS

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双气室铯光泵磁力仪设计与验证

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作者 黄艺明 李绍良 +2 位作者 骆曼箬 吴招才 刘华 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1325-1334,共10页

由于自激振荡式单气室光泵磁力仪受移相电路限制测量范围较窄,对双气室光泵磁力仪进行集成化研究和改进,基于对光泵磁力仪基本原理的推导论证,提出了双气室铯光泵磁力仪的一种高度集成的设计结构。该方案中以垂直腔面发射激光器作为泵... 由于自激振荡式单气室光泵磁力仪受移相电路限制测量范围较窄,对双气室光泵磁力仪进行集成化研究和改进,基于对光泵磁力仪基本原理的推导论证,提出了双气室铯光泵磁力仪的一种高度集成的设计结构。该方案中以垂直腔面发射激光器作为泵浦光源,以刀锋直角棱镜反射镜作为分光镜片,其余元件沿光轴对称排布,利用左旋、右旋圆偏振光的双泵浦光结构和双气室布置实现相移互补,不需要移相电路。利用搭建的原理样机测得实验环境下地磁场强度为37586.79 nT,并利用扫描方式测得三轴分量。双气室铯光泵磁力仪原理样机的测量范围为25700~77000 nT,灵敏度约为20 pT/(Hz)1/2。实验结果和对比测量结果、理论计算结果相吻合,验证了双气室光泵磁力仪的理论分析,证实了该双气室光泵磁力仪结构的可行性和精确度。 展开更多

关键词 地磁场 光泵磁力仪 磁共振 双气室 测量范围 集成化

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不平衡质量引起的半球谐振陀螺锚固损失理论分析

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作者 刘奎 于鑫海 +3 位作者 段杰 苏定宁 李绍良 赵万良 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期683-687,共5页

半球谐振陀螺(HRG)是一种高精度的陀螺仪。其核心部件为做四波腹振动的半球谐振子,由于半球谐振子不可避免地会产生加工误差,因此会导致谐振子在做四波腹振动时产生较大的锚固损失。为了对锚固损失进行定量计算,首先从谐振子的不平衡质... 半球谐振陀螺(HRG)是一种高精度的陀螺仪。其核心部件为做四波腹振动的半球谐振子,由于半球谐振子不可避免地会产生加工误差,因此会导致谐振子在做四波腹振动时产生较大的锚固损失。为了对锚固损失进行定量计算,首先从谐振子的不平衡质量出发,计算谐振子在做四波腹振动时的不平衡力。然后根据欧拉-伯努利梁假设计算支撑杆的横向振动与轴向振动,并基于半无限体假设计算谐振子的锚固损失,推导出基于弹性力学假设的半球谐振陀螺锚固损失理论计算公式。最后通过数值仿真验证了一至三阶不平衡质量导致的Q值衰减周期分别为π、π/2、π/3。该结论可以用于指导半球谐振陀螺锚固损失的修调。 展开更多

关键词 半球谐振陀螺 谐振子 不平衡质量 不平衡力 锚固损失

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半球谐振子不平衡力的推导及与驻波关系研究

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作者 刘奎 于鑫海 +4 位作者 段杰 苏定宁 赵思晗 李绍良 赵万良 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第4期504-507,共4页

半球谐振陀螺作为一种高精度的陀螺仪,具有良好的学术研究价值及重要的应用价值,是国内外研究的热点。半球谐振子是半球谐振陀螺的核心部件,是一种工作中做四波腹振动的半球壳结构。由于在实际加工过程中存在误差,因此实际的谐振子无法... 半球谐振陀螺作为一种高精度的陀螺仪,具有良好的学术研究价值及重要的应用价值,是国内外研究的热点。半球谐振子是半球谐振陀螺的核心部件,是一种工作中做四波腹振动的半球壳结构。由于在实际加工过程中存在误差,因此实际的谐振子无法达到理想的轴对称结构,这将导致谐振子在做四波腹振动时产生其他振动,从而对陀螺的精度产生影响。其主要原因是谐振子做四波腹振动时,非轴对称结构将产生非对称的惯性力。为此,该文对谐振子的不平衡力进行了理论推导,给出了半球谐振陀螺不平衡力的理论公式,并通过数值计算给出不平衡力与驻波方位间定量的关系,为分析不平衡质量对陀螺精度的影响提供参考。 展开更多

关键词 半球谐振陀螺 谐振子 不平衡质量 不平衡力

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半球陀螺装配误差对电容的影响分析

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作者 段杰 杨浩 +3 位作者 苏定宁 赵思晗 于鑫海 赵万良 《压电与声光》 2025年第4期632-636,共5页

半球谐振陀螺是一种高精度的陀螺仪,谐振子和电极基座是其关键结构件。半球谐振陀螺的装配电容均匀性是影响陀螺性能的关键指标之一。在已有的半球谐振陀螺装配误差影响机理研究中,尚未建立装配误差与电容信号的定量关系模型,故建立了... 半球谐振陀螺是一种高精度的陀螺仪,谐振子和电极基座是其关键结构件。半球谐振陀螺的装配电容均匀性是影响陀螺性能的关键指标之一。在已有的半球谐振陀螺装配误差影响机理研究中,尚未建立装配误差与电容信号的定量关系模型,故建立了非理想位姿下的半球谐振陀螺装配误差与电容之间的数学模型,并利用COMSOL有限元分析软件建立了装配位姿误差与电容之间的仿真模型。通过仿真分析了装配位姿误差对电容的影响规律。研究成果对谐振子与电极基座的装配工艺改进、装配精度提升具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 半球谐振陀螺 装配误差 电容模型 有限元仿真模型 位姿调整

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