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动压气浮马达气膜刚度测量

作　者: 贾景国
导　师: 黄向东
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 动压马达气膜刚度频率响应屏蔽激光位移传感器
分类号: TN965
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

动压气浮马达是惯性陀螺仪中的核心部件，它的质心稳定性对陀螺仪表的精度有很大影响。而动压马达的气膜刚度则是衡量其动子质心稳定性的关键指标。随着惯性陀螺在航天、航空和国防等领域的广泛应用，动压马达气膜刚度测量也越来越受重视。精确的气膜刚度测量方法不仅能够提高惯性陀螺系统的精确度，并且对于探索动压马达气膜刚度的影响规律及实现能动控制等刚度技术都有很高的学术价值。本文分析了多种动压马达气膜刚度测量的方法，针对测量中对动态测量、快速测量的要求，选择两位法作为气膜刚度测量方法，并重新设计测量位置引入差动测量方法。现行气膜刚度测量中所采用的电容传感器存在工作距离小，易发生磨损事故，被测面比较小时存在边缘效应等问题。文中选择激光三角传感器作为核心位移传感器解决了这些问题。所选择的激光三角传感器测量光斑较大，减小了马达被测表面粗糙度、加工痕迹等对于测量的影响，提高测量稳定性。气膜刚度测量精度很高，系统中机械部分，如马达支撑架、测量头等的刚度和变形会对测量结果造成很大影响，并引入测量误差。为了从原理上减小机械设计引起的气膜测量误差，本文推导机械变形产生的原因，分析了直接导致测量误差多种因素。对该推导采用仿真和实验的方式进行验证。在此基础上对现有的机械结构进行改进，以减小机械结构误差的产生。测量数据中频谱成分组成复杂，信号和噪声混叠严重，不利于信号提取。为此采用频率响应屏蔽技术，设计了低通滤波器进行滤波器。该滤波器具有锐过渡带且滤波器阶数低的特点，取得了滤波效果和数据处理速度的平衡。对滤波数据采用最小二乘法拟合数据进一步降低噪声信号干扰。气膜刚度测量最关键的是位移测量。如何在气膜刚度测量中保证激光位移传感器的测量精度是一个不可忽视的问题。文中分析了几种马达被测面的表面状况，如表面粗糙度、表面倾斜等对于激光传感器测量的影响，以指导其在气膜刚度测量中的应用。相关测量实验表明，本文所设计的动压气浮陀螺马达气膜刚度测量系统硬件运行安全稳定，数据处理有利于克服测量中各种噪声的干扰，确保快速、精确的动压马达气膜刚度测量。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-14
  1.1 课题研究的目的和意义  10-11
  1.2 压气浮马达刚度测量研究现状  11-13
  1.3 本课题研究的主要内容  13-14
第2章动压马达气膜刚度测量系统方案  14-23
  2.1 引言  14
  2.2 动压马达气膜刚度测量方案与原理  14-18
    2.2.1 动压马达气膜刚度测量方案选择  14-16
    2.2.2 两位法气膜刚度测量原理  16-18
  2.3 位移传感器要求及选型  18-21
    2.3.1 动压马达气膜刚度测量的传感器要求  18-19
    2.3.2 激光三角传感器的一般测量原理和分类  19-20
    2.3.3 直射式激光三角传感器位移测量原理  20-21
  2.4 测量系统整体方案设计  21-22
  2.5 本章小结  22-23
第3章测量系统机械设计及分析  23-35
  3.1 引言  23
  3.2 机械设计部分整体结构  23-26
  3.3 机械结构测量误差分析及改进  26-34
    3.3.1 机械结构设计误差理论分析  26-30
    3.3.2 马达支架的改进设计  30-31
    3.3.3 仿真验证及实验  31-34
  3.4 本章小结  34-35
第4章采样数据处理及滤波器设计  35-50
  4.1 引言  35
  4.2 采样数据频谱成分分析  35-37
  4.3 滤波器选择及设计  37-46
    4.3.1 数字滤波器原理与要求  38-40
    4.3.2 FRM 数字滤波器设计  40-45
    4.3.3 滤波器处理实验  45-46
  4.4 采样数据的拟合处理  46-49
    4.4.1 拟合方法及最小二乘法  46-48
    4.4.2 拟合数据处理实验  48-49
  4.5 本章小结  49-50
第5章马达表面状况对测量误差影响  50-60
  5.1 引言  50
  5.2 表面倾斜对三角光测量误差的影响  50-54
    5.2.1 表面倾斜误差原理分析  50-53
    5.2.2 表面倾斜误差实验  53-54
  5.3 表面粗糙度及光泽度对测量结果的影响  54-58
    5.3.1 表面粗糙度及光泽度误差原理分析  54-57
    5.3.2 表面粗糙度及光泽度误差实验  57-58
  5.4 被测表面曲率对测量结果影响  58-59
  5.5 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-66
致谢  66-67
作者简历  67

动压气浮马达气膜刚度测量

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