【摘 要】
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地球重力场探测对于人类研究地球物理信息具有重要意义,GOCE卫星作为目前测量精度最高的设备,有望使地球重力场探测取得更大突破。为保证测量精度,GOCE卫星对推力器在0.001-10Hz频段的噪声水平提出极高要求。作为我国将来重力场探测的备选推力器,会切场推力器(HEMPT)噪声特性研究亟待进行。目前国际上针对HEMPT的推力噪声研究还未开展:未对推力噪声进行系统测量;对于HEMPT所搭载的电源、流
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地球重力场探测对于人类研究地球物理信息具有重要意义,GOCE卫星作为目前测量精度最高的设备,有望使地球重力场探测取得更大突破。为保证测量精度,GOCE卫星对推力器在0.001-10Hz频段的噪声水平提出极高要求。作为我国将来重力场探测的备选推力器,会切场推力器(HEMPT)噪声特性研究亟待进行。目前国际上针对HEMPT的推力噪声研究还未开展:未对推力噪声进行系统测量;对于HEMPT所搭载的电源、流量计等设备性能需求也未探讨;无法得知HEMPT的推力噪声来源;对于HEMPT的噪声抑制方案同样未开展。本文针对以上研究空白的背景选题,进行如下几个方面工作:目前国际上针对推力噪声测量方案主要有推力架测量和束电压、束电流计算得出两种方案,本文提出采用推力器羽流区法拉第探针和RPA探针组合方案进行测量,并验证具有可行性。对于重力场探测所划定的推力器标准,分析得到推力器对电源和流量计的输出分辨率和波动任务需求,实验数据表明HEMPT所有工况的推力噪声均满足需求任务需求。对于无拖曳控制系统的控制精度直接关系到测量精度,因此对于PID控制参数使用遗传算法进行搜索寻优。仿真证明无拖曳控制系统中推力输出添加噪声波动会降低控制精度,位移误差从500nm增大到1000nm量级。在去除推力噪声中的粗大误差、系统误差和随机误差等因素影响。对于HEMPT推力器噪声来源分析认为主要影响因素为推力器自身漂移、阳极电压波动和工质流量波动,推力噪声为高斯白噪声形式。并在此基础上建立推力噪声与阳极电压和工质流量之间模型。最后为抑制HEMPT的推力噪声,分别对电源、流量计进行振荡抑制:对电源设计二级滤波回路经实验证明能有效降低推力噪声;对推力系统建立的闭环反馈回路,经验证能够有效降低推力噪声。
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