高精度三浮陀螺仪有源磁悬浮系统技术研究

• 作 者: 吴辽
• 机 构: 航天科工集团第二研究院
• 出 处: 中国航天科工集团第二研究院 航天科工集团第二研究院
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 三浮陀螺 有源磁悬浮系统 电磁干扰力矩 控制策略

磁悬浮应用于机电陀螺直接改善了陀螺输出轴的支撑环境，消除浮子组件与陀螺壳体间的机械接触、稳定了浮子质心位置，进而大幅度提高液浮陀螺精度。但工程实践中用好磁悬浮却存在诸多困难，使陀螺总体精度改善幅度没有达到预期的1～2个数量级，与国外相比差距依然很大。论文以如何在三浮陀螺中用好有源磁悬浮（AMB）为目标，重点对电磁干扰力矩进行了分析研究，主要工作概括如下:　　论文建立三浮陀螺的误差模型，分析得出磁悬浮干扰力矩主要影响陀螺漂移中的零次项和一次项。论文从有源磁悬浮系统角度出发，在对磁悬浮的元件设计部分、位置检测部分、加力输出部分进行了重点研究之后，得出分时控制模式下浮子在定中边缘受力最大，且存在不等刚度现象;L-R桥路存在最佳匹配电阻问题，最佳匹配值高于理论计算的30％左右;提出确定加力电源的系统方法。　　从两个方面提出磁悬浮干扰力矩的控制措施:一方面从元件制造安装角度进行精密机械设计;另一方面从干扰力矩补偿角度出发，推导建立适合陀螺实际应用环境的干扰力矩数学模型并对其补偿。元件制造安装角度主要从径向元件电磁偏心提出同轴度指标，从径向表面电磁力沿切向分力对输出周求力矩方面提出圆度指标，从轴向元件表面电磁力沿切向、轴向分力方面提出轴向元件的平面度和垂直度指标。　　径向元件定、转子实际工作时由于陀螺特殊的封闭调整环境，很难使定、转子坐标系重合。在对转子表面电磁力进行积分的同时，引入等效磁通密度，具体给出了模型中与定中位置有关的常值部分和与定中精度有关随机部分。通过对模型的分析，得出磁悬浮干扰力矩产生的根本原因是同一坐标方向转子磁极对应区域磁通分布不对称。　　最后，论文建立磁悬浮干力矩补偿系统，首先对补偿系统中的其他有关的状态如定中位置、定中精度（加力门限）、加力电源等进行了优化实验，然后进行了等效磁密计算和干扰力矩补偿实验。实验结果表明引入该补偿算法后陀螺固定位置随机漂移精度平均提高了33％～42％，同时磁悬浮的定中精度也有所提高。