摘要：干涉式集成光学陀螺仪利用光电子集成技术实现陀螺系统的芯片化,在实现高性能的同时,可实现批量化生产,满足低体积、重量、功耗和成本(SWa P+C)指标,在无人领域具有重要应用前景。根据干涉式集成光学陀螺的发展脉络及趋势,设计了基于氮化硅的低损耗波导环和单偏振波导谐振腔、异质波导集成耦合结构等关键部件,搭建了基于无源芯片与光纤环的干涉式集成光学陀螺实验样机,实现精度0.03°/h(Allan方差),为目前国内已有报道同类陀螺系统的最优精度。最后,给出了干涉式集成光学陀螺的应用前景分析。

摘要：针对磁轴承磁力参数理论设计值不精确的问题,提出了一种基于不平衡响应的磁力参数实验辨识方法.利用转子的质量不平衡在高速转动时的离心力效应,通过检测磁轴承在零电流控制状态下的同频位移响应和零位移控制状态下的同频电流响应,解算磁轴承磁力参数.设计了基于通用陷波器原理的零位移控制器和零电流控制器,并通过设置T矩阵保证闭环系统稳定.实验结果表明:基于不平衡响应的磁力参数辨识方法,辨识结果与理论设计值差别在20%之内,证明了该方法的正确性和改进磁轴承力学参数的有效性.

摘要：原子自旋陀螺仪以其超高的理论精度已经成为各国争相研究的新一代陀螺仪,具有极大的开发价值和应用潜力。高精度原子自旋陀螺仪是以高质量原子自旋SERF状态的保持作为前提的,为了实现此目标就必须通过核自旋磁场自补偿以避免外界磁场变化对原子自旋定轴性的扰动作用。而国内现有原子自旋陀螺仪核自旋磁场自补偿方法大多依靠手动调节,精度不高且无法实时跟踪核自旋磁场自补偿点。因此,根据推导的原子自旋陀螺仪核自旋磁场自补偿动力学方程,进行了实时跟踪核自旋磁场自补偿点的仿真实验,在此基础上,基于美国NI公司的PXIe信号采集系统以及LabVIEW软件平台设计了自动跟踪磁场自补偿点的测试系统。最后结合试验平台进行了验证,结果表明所研制的原子自旋陀螺仪核自旋磁场自补偿系统可实时有效地跟踪核自旋磁场自补偿点,增强了原子自旋的SERF状态。

摘要：基于主被动复合驱动的思想提出一种大伸展/收拢比、高载荷/自重比的新型伸缩式伸杆机构,以满足微纳探测器的实际应用需求,用于支撑各类探测载荷远离航天器本体,避免本体剩磁对空间待测信号的干扰,保证探测数据的准确性。首先,探索描述被动驱动源(弹簧铰链)的力矩驱动特性;然后,分析柔性伸杆的弯曲、扭转、压平和卷曲等力学性能。在此基础上,结合建立的柔性伸杆伸展速度、负载动能、弹簧铰链势能及主动驱动(电动机)力矩等参数的能量流约束方程,进行主、被动驱动和柔性伸杆的参数匹配研究;最后,利用有限元软件仿真和样机平台实验验证了参数匹配的合理性。仿真与实验结果表明,针对主被动复合驱动的空间探测柔性伸杆机构,通过合理的参数匹配,可实现柔性伸杆无褶皱地平稳伸展和收拢,为后续的机构设计和控制方案奠定了基础。

摘要：研究空间柔性伸杆机构的振动抑制问题,提出一种基于伸杆机构自适应指令整形(Adaptive input shaper,AIS)与航天器本体输出反馈控制相结合的复合控制策略,基于经验传递函数估计方法(Empirical transfer function estimate,ETFE),建立最优指令整形器(Optimal arbitrary input shaper,OAIS)的自调整机制,得到改进的自适应指令整形器。以金字塔构型的单框架控制力矩陀螺簇(Single gimbal control moment gyros,SGCMGs)为本体执行机构,详细设计基于实时仿真机、PMAC实时运动控制板卡、SGCMGs等实物的半物理仿真试验平台。在考虑环境干扰力矩以及执行机构控制受限的情况下对控制方法进行半物理仿真试验验证。结果表明:与基于OAIS及无指令整形前馈控制的复合控制方法相比,提出的控制方法可有效抑制伸杆机构的低频振动,实现航天器本体姿态的精确跟踪和伸杆机构的高精度指向控制。

摘要：在空间探测过程中,采用高灵敏无自旋交换弛豫(SERF)原子磁强计在行星表面进行磁场测量是原位物质成分分析的有效手段之一。为了提高SERF原子磁强计的磁场测量灵敏度,必须减小外界磁场扰动对其原子自旋SERF态质量的影响,基于SERF原子磁强计的测量原理,设计了一套主动磁补偿系统。首先,通过测量驱动激光光强获得3个方向的磁场信息;在此基础上,控制电流源和线圈主动产生一个与外界磁场扰动大小相同、方向相反的磁场来补偿扰动,以提高原子自旋SERF态的质量;最后,结合现有的SERF原子磁强计实验平台进行了实验验证。实验结果表明,与手动补偿方式相比,采用本文所述的主动磁补偿系统,可以实时跟踪磁场补偿点,降低系统信号的噪声,补偿了外界磁场的扰动,验证了磁强计主动磁补偿技术的有效性,为后续样机的研制奠定了技术基础。

摘要：针对主被动磁悬浮控制力矩陀螺转子高速旋转时产生的不平衡振动,提出了基于滑模观测器和陷波器的主被动磁悬浮转子不平衡振动自适应控制方法。该方法采用滑模观测器使同频振动的控制不受磁轴承的刚度参数摄动和磁力耦合的影响,将滑模观测器与陷波器结合,无需区分电流刚度力和位移刚度力,无需设计算法补偿功率放大器的影响,可自适应消除不平衡振动。对该方法进行了仿真和实验验证。仿真结果显示该方法可使同频轴承力大幅减小;实验结果显示,虽然主被动磁悬浮转子的被动轴承不可控,同频振动仍由0.053g减小为0.012g,减小了77%。得到的结果表明,该方法不仅适用于主被动磁悬浮转子,也适用于全主动磁悬浮转子。

摘要：针对主被动磁悬浮转子高速旋转时质量不平衡和被动磁轴承磁中心的偏移导致的同频振动力问题,提出了一种基于位移陷波加前馈补偿的自动平衡控制方法。首先,在转子为零位移控制状态下提取控制电流的同频成分,计算获得与被动磁轴承磁中心偏移相关的参变量;然后,在额定转速下设计通用陷波器以消除同频电流,前馈补偿主动磁轴承、被动磁轴承位移负刚度力和被动磁轴承磁中心偏移力,使主被动磁轴承的同频输出力为零,实现了转子绕惯性中心旋转。对提出的方法进行了仿真和实验验证并与仅补偿质量不平衡的算法进行了对比。仿真结果显示:提出的方法的同频磁轴承力减小到了只进行质量不平衡补偿算法的6%;实验结果显示:同频振动加速度减小到只进行质量不平衡补偿算法的23.3%。仿真和实验验证了该方法的有效性,表明该方法对同频振动抑制效果显著,实现了转子的自动平衡控制。

摘要：为降低摩擦对航空遥感三轴惯性稳定平台高精度控制的影响,提出基于LuGre模型的惯性稳定平台反步积分自适应摩擦补偿方法。根据系统速度过零多值及位置'平顶'现象建立惯性稳定平台LuGre摩擦模型,利用两步辨识及动态参数优化方法得到系统摩擦模型参数,进而以李雅普诺夫稳定性理论为基础设计反步积分自适应摩擦补偿控制器。通过Matlab仿真分析摩擦对系统精度的影响,并与前馈补偿方法相比较,评价反步积分自适应补偿方法的有效性和鲁棒性。通过试验对某航空遥感惯性稳定平台方位系统进行摩擦模型及补偿方法验证。试验结果表明,反步积分自适应补偿能显著减小摩擦对系统的影响,使方位系统角位置误差波动范围、角位置跟踪方均根误差比未补偿前分别减少78.7%、91.5%,与仿真结果一致,对提高航空遥感三轴惯性稳定平台系统控制精度具有重要意义。

摘要：在空间探测任务中,为了避免卫星平台剩磁对空间待测信息的干扰影响,需采用轻质的伸杆机构支撑各类探测载荷远离卫星本体,而伸杆的弹性振动不可避免地会耦合作用到卫星本体,从而降低卫星本体的姿态控制精度和稳定度。针对此问题,提出了一种基于伸杆最优指令整形结合本体自适应扰动抑制滤波器的复合振动控制策略,即采用指令整形技术抑制柔性伸杆的弹性振动,同时设计自适应扰动抑制滤波器进一步抵消柔性伸杆残余振动对本体的干扰影响,最后在搭建的半物理仿真实验平台上对控制方法进行了实验验证。结果表明:此方法在有效抑制柔性伸杆残余振动的基础上,通过干扰抵消和抑制的控制策略可显著提高此类航天器的姿态控制精度和稳定度。