【摘 要】
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陀螺仪电机是惯性导航、航行体制导控制等高精度设备的核心部件,电机的启停力矩、负载力矩、摩擦力矩等转矩波动参数是电机的重要技术指标,因此,实现电机转矩波动高精度测量具有十分重要的意义。针对现有力矩测量设备无法满足陀螺仪电机高精度微力矩测量要求的问题,本文聚焦抗干扰结构设计、信号处理、静态标定三个方面的关键技术,研制开发了力矩传感器式以及力矩器与角度传感器结合式两种转矩波动高精度测量系统,并完成了实验
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陀螺仪电机是惯性导航、航行体制导控制等高精度设备的核心部件,电机的启停力矩、负载力矩、摩擦力矩等转矩波动参数是电机的重要技术指标,因此,实现电机转矩波动高精度测量具有十分重要的意义。针对现有力矩测量设备无法满足陀螺仪电机高精度微力矩测量要求的问题,本文聚焦抗干扰结构设计、信号处理、静态标定三个方面的关键技术,研制开发了力矩传感器式以及力矩器与角度传感器结合式两种转矩波动高精度测量系统,并完成了实验验证。论文主要工作如下:1、针对转矩波动测量系统高精度、高稳定性的指标要求,设计了基于共轴传递结构的转矩波动测量系统方案,采用空气静压轴承降低摩擦干扰力矩;同时,为对比测量效果,分别采用力矩传感器以及力矩器与角度传感器结合的方式实现电机转矩波动高精度测量。2、针对干扰力矩降低测量精度的问题,提出了基于共轴传递的抗干扰结构设计方案与游丝柔性接线方法,采用弹性联轴器连接轴系,降低轴系传递干扰力矩,并采用弹簧状游丝优化外部接线结构,降低接线引入的弹性干扰力矩;在传统砝码标定方法基础上,设计了斜槽式标定杆结构,减小了力臂长度引入的不确定度。实验结果表明,与优化前相比,系统测量精度提高了90%,静态标定不确定度优于0.025%,抗干扰能力显著增强。3、开发了转矩波动测量系统电路,设计了高信噪比、高抗干扰能力的放大滤波电路,实现了传感器微弱信号高精度调理;采用力矩器模拟平衡环路,设计了角度传感器调制解调电路与力矩器电流驱动电路,实现了转矩波动信号的高精度测量。4、研制了力矩传感器式以及力矩器与角度传感器结合式两种转矩波动测量系统,完成了测量系统软、硬件开发,并开展了测量系统静态标定及不确定度分析;实验结果表明,力矩传感器式转矩波动测量系统精度优于0.5%,漂移误差优于5μN·m/2h;力矩器与角度传感器结合式转矩波动测量系统精度优于0.1%,漂移误差优于0.5μN·m/2h。
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