自由旋转粘度计的研究与设计

给出一种借助单片机与FPGA/CPLD技术的自由旋转粘度计设方方法.自由旋转粘度计首先将流体粘度转换成转子的角位移信号,然后通过编码盘将角位移转移为测量脉冲,其后采用FPGA精确测量其脉冲参数,最终获取粘度测量结果.详细介绍了自由旋转粘度计的基本结构与工作原理,并对测量误差进行了简单分析,同时介绍了基于FPGA技术进行角位移测量的详细设计方法.该粘度计可以在很低的转速、很短的时间测得流体的粘度,这对于提高测量精度是非常有效的.     

基于IMU旋转的捷联惯导系统自补偿方法

为了有效地抑制惯性器件常值偏差对惯导系统导航精度的影响,提出了基于惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)旋转的自动补偿方法.由于旋转的引入,IMU中陀螺仪和加速度计的常值偏差被调制成正弦信号,通过积分运算可以有效地消除常值偏差对惯导系统导航精度的影响.在分析单、双轴旋转补偿原理的基础上,提出一种改进的单轴旋转调制方法并对该方法进行了理论证明和实验分析.与以往的单轴旋转方式及未采用旋转方式时的导航误差进行了比较,结果表明该方案可以消除所有方向上惯性器件常值偏差的影响,有效地提高系统的定位精度.     

莫尔条纹光电信号正交性偏差的实时补偿

为了提高光电轴角编码器的精度,提出了一种实时补偿莫尔条纹光电信号正交性偏差的方法。利用希尔伯特变换原理,构造了同频光电信号正交性偏差的动态测量算法。根据莫尔条纹光电信号的数学模型,揭示了由正交性偏差引起的细分误差的空间分布特征并建立角度补偿模型。鉴于编码器的实际工作特点,采用同步处理方式,在补偿光电信号的同时动态更新了角度代码补偿查找表;通过细分查找表的切换,实现信号正交性偏差的实时补偿。采用该方法对存在约18°正交性偏差的23位光电编码器进行了补偿处理,结果显示:补偿后的编码器的细分误差峰值由4.79"降低到1.26"。该方法可实际应用于编码器系统,能够提高编码器的细分精度、环境适应性和可靠性。     

旋转变压器的角度误差校正系统设计

针对旋转变压器输出数据存在的角度误差问题,对旋转变压器校正方法进行了研究,设计并实现了旋转变压器角度误差校正系统。该系统充分利用了旋转变压器工作原理,发挥了光电编码器优势,采用了FPGA和ARM的优点,由同一电机带动光电编码器和被测旋转变压器,以FPGA+ARM组成的控制模块读出光电编码器和被测旋转变压器的角度,并进行比较分析,测量旋转变压器的非线性误差,建立误差分析表,提出了一种根据系数进行补偿的方式,对旋转变压器的误差进行了补偿。研究结果表明,该系统能对旋转变压器的输出数据进行校正,校正前旋转变压器的角度误差最大为21.2弧分,通过该系统校正后,测角误差最大为5.3弧分,系统校正速度较快且效果明显。     

基于连续小波变换的瞬时频率提取在光电编码器速度测量中的应用（英文）

提出一种新的光电编码器速度测量方法,根据编码器角度测量误差信号中高频分量的渐进特性,通过对角度误差信号进行时频分析,提取编码器的旋转速度。利用功能强大的连续小波变换非平稳信号分析工具,提取角度误差分量的特征。基于连续小波变换,实现了一种称为迭代算法的小波脊提取方法,用于瞬时频率估计。实验结果表明,经过适当的时频分析处理后,角度误差的高频分量可以有效地用于光电编码器的速度测量。该方法能够有效减弱噪声和干扰对测量精度的影响。     

基于连续小波变换的瞬时频率提取在光电编码器速度测量中的应用

提出一种新的光电编码器速度测量方法,根据编码器角度测量误差信号中高频分量的渐进特性,通过对角度误差信号进行时频分析,提取编码器的旋转速度。利用功能强大的连续小波变换非平稳信号分析工具,提取角度误差分量的特征。基于连续小波变换,实现了一种称为迭代算法的小波脊提取方法,用于瞬时频率估计。实验结果表明,经过适当的时频分析处理后,角度误差的高频分量可以有效地用于光电编码器的速度测量。该方法能够有效减弱噪声和干扰对测量精度的影响。     

莫尔条纹正交偏差的智能补偿方法

提出了一种新的编码器莫尔条纹正交偏差的补偿方法及实现方式。通过比较分析,采用相关函数分析法测量各精码周期莫尔条纹的正交偏差,并基于系统自身的粗码信息,构造一种智能采样算法,保证莫尔条纹采样均匀性;在工作中对所有精码周期的莫尔条纹实行数字式实时补偿,并可以通过模式间的切换自适应地更新正交偏差补偿参数,持续地保证补偿的精确性,降低编码器在各种恶劣环境下的误码率。实验结果表明,正交偏差10度以内时,补偿后的信号正交性提高了93%以上,保证了编码器测量精度。     

基于一齿差式周期变化瞬时角速度传感器的设计原理及其实际应用

提出一种对周期性变化的瞬时角速度采用一齿差的原理进行测量的方法并对其原理进行介绍,该测量方法可延长计算机的读取间隔时间、降低编码器的分辨率要求、降低传感器的制造成本和提高测量精度,并在链传动的瞬时角速度实测中进行了实验验证。     

基于CPLD的光电编码器测量系统

为了提高光电编码器的反馈精度和消除正交波形中的抖动,提出了一种基于复杂可编程逻辑器件且具有倍频鉴相和滤波功能的光电编码器测量系统。介绍了光电编码器测量原理,将系统划分为滤波鉴相、倍频、计数3个模块,并对这3个模块进行了电路设计和仿真。仿真结果表明,该设计方法能够满足高精度伺服电机正交编码的信号处理要求。     

旋转变压器数据融合与误差补偿的FPGA实现

为提高双通道多极旋转变压器测角系统的精度,提出了基于查表原理的粗、精通道测角数据融合方法。该方法降低了数据融合技术对粗通道旋转变压器原始测角精度的要求,并针对融合后测角误差曲线建立了基于三角函数拟合的误差补偿函数,在FPGA中实现了数据融合和误差补偿的快速计算,且搭建了双通道多极旋转变压器标定实验平台。     

基于扩张状态观测器的快速步进/凝视成像机构控制

提出一种基于扩张状态观测器并引入加速度补偿策略的控制器设计方案,以实现快速步进/凝视成像机构对控制性能的高要求。首先,阐述了扩张状态观测器理论,对其特性进行了详细分析,并设计了以成像机构为被控对象的三阶线性扩张状态观测器。通过将观测器置于速度内环反馈通道,设计了基于扩张状态观测器的位置和速度双回路控制器。在此基础上,利用观测器输出的加速度估计值,提出加速度补偿策略,并设计了补偿环节。实验结果表明,与无加速度补偿环节相比,引入加速度补偿后,成像机构每次步进调节时间由76ms减小到33ms,凝视期间的角位置精度由约0.07°减小到0.01°以内,速度波动减小约2~3倍,成像机构的控制性能明显改善。控制器设计简单,需整定参数少,对于提高同类控制系统性能具有较高的实用价值。     

A data processing method for determining instantaneous angular speed and acceleration of crankshaft in an aircraft engine–propeller system using a magnetic encoder

This paper presents a method for determining the instantaneous angular speed and instantaneous angular acceleration of the crankshaft in a reciprocating engine and propeller dynamical system from electrical pulse signals generated by a magnetic encoder. The method is based on accurate determination of the measured global mean angular speed and precise values of times when leading edges of individual magnetic teeth pass through the magnetic sensor. Under a steady-state operating condition, a discrete deviation time vs. shaft rotational angle series of uniform interval is obtained and used for accurate determination of the crankshaft speed and acceleration. The proposed method for identifying sub- and super-harmonic oscillations in the instantaneous angular speeds and accelerations is new and efficient. Experiments were carried out on a three-cylinder four-stroke Saito 450R model aircraft engine and a Solo propeller in connection with a 64-teeth Admotec KL2202 magnetic encoder and an HS-4 data acquisition system. Comparisons with an independent data processing scheme indicate that the proposed method yields noise-free instantaneous angular speeds and is superior to the finite difference based methods commonly used in the literature.     

基于PLC的高速计数器设计

针对当前工业控制中高速脉冲计数的需求,设计了一种PLC控制系统中的高速计数器。首先介绍了高速计数器常用的3种模式,之后设计了系统的整体结构,并对高速计数模块和中断控制进行了实现。经过实践证明,本系统脉冲计数的准确性好,具有较高的实用价值。     

基于d-q变换的时栅位移传感器补偿算法研究

时栅位移传感器是一种新型的栅式位移传感器,它不依赖于空间等分性,通过对时间脉冲进行计数而间接实现位移测量,从而达到高精度测量。介绍了传感器信号变形的原因,将非理想信号分为幅度不均、相位偏移、谐波叠加、波形变形四大类;针对幅度不均的情况,将电机学中的d-q变换引入误差分析,推导出其对寄生式时栅位移传感的误差影响;同时在d-q变换原理的视角下重新审视了时栅传感器的测量过程。提出了一种基于变换空间下的误差补偿算法,d轴的差分项与q轴误差项变化趋势一致,利用变化规律对测量误差进行实时修正。在安装有寄生式时栅位移传感器的实验台上进行了实验并获取到不同情况下的误差曲线,实验结果表明,该补偿算法可以消除幅度不均带来的二次误差,误差压制量达到90%。这种算法完全利用信号本身的特性,无需复杂的运算,将误差部分进行了补偿达到了比较理想的效果,对于寄生式时栅位移传感器的实际应用具有重要意义。     

Dual-rate-loop control based on disturbance observer of angular acceleration for a three-axis aerial inertially stabilized platform

This paper presents a dual-rate-loop control method based on disturbance observer (DOB) of angular acceleration for a three-axis ISP for aerial remote sensing applications, by which the control accuracy and stabilization of ISP are improved obviously. In stabilization loop of ISP, a dual-rate-loop strategy is designed through constituting inner rate loop and the outer rate loop, by which the capability of disturbance rejection is advanced. Further, a DOB-based on angular acceleration is proposed to attenuate the influences of the main disturbances on stabilization accuracy. Particularly, an information fusion method is suggested to obtain accurate angular acceleration in DOB design, which is the key for the disturbance compensation. The proposed methods are theoretically analyzed and experimentally validated to illustrate the effectiveness.     

航空光电稳定平台质量不平衡力矩的前馈补偿

讨论了旋翼直升机高频振动时产生的质量不平衡力矩对航空光电稳定平台性能的影响。基于传统光电稳定平台电流反馈、速度反馈、位置反馈的三闭环控制系统提出了一种基于系统模型的质量不平衡力矩前馈补偿方法。该方法通过标定平台质量偏心,利用加速度传感器获取平台加速度信号来对平台的质量不平衡力矩进行前馈补偿,实现对平台质量不平衡力矩的抑制,提高光电稳定平台的扰动抑制能力。实验结果表明:相对于传统三闭环控制系统,引入前馈补偿后系统的扰动隔离度至少提高了6.4dB;相对于利用扰动观测器对质量不平衡力矩进行补偿的传统补偿方案,引入前馈补偿的光电稳定平台系统不仅在低频段补偿效果提升约12.9dB,而且克服了扰动观测器在高频时不能补偿质量不平衡力矩带来的影响,使平台在全频段的扰动隔离度都大幅提高,视轴能更好地稳定在惯性空间内,具有较高的实用性和使用价值。     

平滑化窄脉冲高功率准分子激光放大技术

对于高功率准分子激光,光学角多路和诱导空间非相干(EFISI)光束平滑是高功率准分子激光压缩脉宽、提高功率密度和实现靶面均匀辐照的有效途径,其应用涉及前端至靶前的各个环节,主要体现为平滑化窄脉冲激光的传输放大问题.首先介绍了基于散射法开展的部分相千源前端技术及脉冲整形的初步研究结果,利用直接法和反射率耦合方法,研究了5...     

考虑间隙影响的涡旋压缩机转子系统动态特性研究

针对运动副间隙对涡旋压缩机传动系统运行特性的影响问题,基于非线性弹簧阻尼模型和库仑摩擦力模型建立其运动副间隙接触碰撞模型,运用多体动力学理论分析不同间隙条件下曲柄销受力及驱动轴承角加速度等的变化规律,使用有限元方法进一步分析转子系统在不同角加速度激励下的瞬态动力响应.结果表明:间隙对转子系统的位移、角速度、角加速度的影...     

基于ADAMS的汽车雨刮器曲柄摇杆机构优化

雨刮器在刮刷时是来回摆动的,在此过程中,由于在1个周期中角速度方向改变2次,瞬时角加速度达到峰值,因此对雨刮系统产生较大的冲击力,从而引起零件磨损和工作噪声。为了将加速度峰值降到最小,对汽车雨刮器曲柄摇杆机构进行分析,将四连杆机构中的2根杆长度作为定值,另外2根杆长度作为变量,利用MATLAB的计算和绘图功能以及ADAMS的参数化设计,使得在相同的外部环境下优化后的曲柄摇杆机构自身产生的冲击最小,以此减小噪声和延长其使用寿命。     

齿形结构的长脉冲敏感型微加速度开关

针对智能武器电源管理系统对开关闭锁和断开的要求,提出了一种长脉冲敏感型微加速度开关。该开关带有齿形结构的悬空质量块和齿形导杆,通过质量块和导杆在运动过程中相互碰撞实现能量耗散,从而具有在高幅值窄脉冲加速度作用下保持断开,在低幅值长脉冲加速度作用下可靠闭锁的功能。介绍了开关结构和工作原理,对开关进行了理论分析和有限元分析,并对开关模型进行了简化。采用UV-LIGA技术制作了开关样机,利用样机试验和有限元分析相结合的方法验证了开关的功能。有限元仿真结果表明,该开关在3 000 g/3ms半正弦加速度作用下可靠闭锁。旋转台离心试验显示,开关的静态闭锁阈值为2 385.3 g~2 475.6 g。落锤冲击试验和有限元仿真结果均表明,开关在15 000 g/0.3ms半正弦加速度作用下没有闭锁。得到的结果表明该开关满足设计要求,能够应用于对加速度脉宽有区分要求的场合。