静电悬浮轴承转子不平衡振动控制方法的研究

发布时间：2020-05-09 22:22

【摘要】：球形转子是静电陀螺仪的核心部件,其质量不平衡将引起与转子同频的振动,开展抑制球形转子不平衡振动的研究是研制高精度静电陀螺的关键。本文提出了采用陷波滤波器来抑制转子振动的方法,文中重点阐述了陷波器参数的选取方法,并研究了引入陷波滤波器后陀螺支承系统的闭环稳定性、动态刚度和动态响应的变化,其主要内容和成果包括: 推导出了描述偏心转子的球心位移、静电干扰力与静电支承系统频率特性之间关系的数学模型。理论分析表明,系统主动刚度的变化会影响转子的球心位移和静电干扰力。进一步分析显示,陷波器能够改变系统的主动刚度,在其中心频率附近,主动刚度会降至零,转子旋转轴迹点位于质心附近,球心位移和静电干扰力都会减小。对于反馈线性化后的系统,转子旋转轴迹点则完全和质心重合,转子绕惯性主轴旋转,静电干扰力降至零。分别研究了传统陷波器和通用陷波器的特性及其参数的确定方法,通过仿真与实验比较了二者对陀螺支承系统的影响。结果显示,当传统陷波器的中心频率大于系统的剪切频率时,支承系统的稳定性不被破坏,因此其中心频率的选择受到系统参数的限制;而通用陷波器通过T矩阵,可以灵活调整零极点的分布,因此易于保证系统稳定性,陷波器的参数选取不受支承系统特性的限制。为了在DSP上实现给出的陷波器算法,需要将连续域中设计的陷波器离散化。本文讨论了离散化时需重点考虑的两个问题:采样周期的选取和频率畸变。综合各方因素,最终选定采样周期为40μs,并给出了基于matlab函数进行频率预畸变的离散化方法。电模拟实验表明,引入陷波器后,系统闭环带宽和谐振峰基本没有改变,而系统的动态刚度在中心频率附近有显著变化,对于低带宽系统,动态刚度在中心频率附近提高了,而对于高带宽系统,动态刚度在靠近中心频率左侧下降,在右侧上升;系统的动态响应表现出“蠕形”现象,“蠕形”的幅值与陷波器衰减系数和方波激励信号的频率有关。减小衰减系数,“蠕形”幅值就可以减小;当转子频率是方波激励频率的偶数倍时,“蠕形”幅度最小,当奇数倍时,“蠕形”幅度最大。计算结果表明,加入陷波器后使得转子径向不平衡振动引起的静电干扰力
【图文】：

电模拟

受到的静电干扰力和力矩与支承系统的频率特性有直接关系，因此本的有二:一是通过电模拟实验和仿真来观察，陷波器串入支承系统后，闭环特性、刚度特性的影响，重点观察在陷波器中心频率附近的闭环特性的变化情况;二是要检验陷波器对系统动态响应的影响。次实验是在清华大学精仪系完成的。电模拟实验的方案由于静电陀螺的转子加工成本极高，如果直接在陀螺仪上做实验，很由于控制器设计不当或控制算法程序的编写错误等原因，导致悬浮实球碗表面，不仅会造成不必要的经济损失，而且会延误课题研究的进田博士为解决此问题做出了很大贡献，专门设计了用于悬浮系统的仿。经过课题组的多次实验证明，仿真实验电路和实际的静电悬浮系，，能够起到验证控制器算法的作用。硬件电路
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH113.1

【参考文献】