一种三浮陀螺仪有源磁悬浮控制系统及控制方法

摘要

本发明公开了一种三浮陀螺仪有源磁悬浮控制系统及控制方法，包括磁悬浮元件、第一浮子位置检测电阻组、第二浮子位置检测电阻组、模拟信号转换电路、多路选通器、控制器、第一激磁/加力控制开关组和第二激磁/加力控制开关组；磁悬浮元件、第一浮子位置检测电阻组、第二浮子位置检测电阻组共形成五路惠斯顿测试电桥。本发明公开的控制方法将控制器的控制周期分为位置信号采样周期T_c，加力周期T_f，恢复等待周期T_d。本发明能够控制三浮陀螺仪浮子的五个自由度，使其精确定中。本发明的控制系统靠单边磁极加力来控制磁悬浮元件位移并采用状态解耦控制方法，能够提高三浮陀螺仪的精度。

主权项

一种三浮陀螺仪有源磁悬浮控制系统，所述三浮陀螺仪包括浮子，其特征在于，三浮陀螺仪有源磁悬浮控制系统包括磁悬浮元件(1)、第一浮子位置检测电阻组(2‑1)、第二浮子位置检测电阻组(2‑2)、模拟信号转换电路(3)、多路选通器(4)、控制器(5)、第一激磁/加力控制开关组(6‑1)和第二激磁/加力控制开关组(6‑2)；磁悬浮元件包括位于浮子左侧的轴向磁悬浮元件、位于浮子右侧的轴向磁悬浮元件，位于浮子左侧的径向磁悬浮元件和位于浮子右侧的径向磁悬浮元件；位于浮子左侧的轴向磁悬浮元件具有定子线圈L_ZL和位于浮子右侧的轴向磁悬浮元件具有定子线圈L_ZR；位于浮子左侧的径向磁悬浮元件具有一对X方向定子线圈L_XL+、L_XL‑和一对Y方向定子线圈L_YL+、L_YL‑；位于浮子右侧的径向磁悬浮元件具有一对X方向定子线圈L_XR+、L_XR‑和一对Y方向定子线圈L_YR+、L_YR‑；其中X方向为三浮陀螺仪的马达轴方向，Y方向为三浮陀螺仪的输入轴方向，Z方向为三浮陀螺仪的输出轴方向；第一浮子位置检测电阻组(2‑1)包括五个电阻R_ZL、R_XL+、R_YL+、R_XR+、和R_YR+；第二浮子位置检测电阻组(2‑2)包括五个电阻R_ZR、R_XL‑、R_YL‑、R_XR‑、和R_YR‑；第一激磁/加力控制开关组(6‑1)包括五路激磁控制开关和五路加力控制开关；第二激磁/加力控制开关组(6‑2)包括五路激磁控制开关和五路加力控制开关；每路激磁控制开关的一端与激磁电源相连，每路激磁控制开关的另一端与相应的电阻相连；每路加力控制开关的一端与加力电源相连，每路加力控制开关的另一端与相应的定子线圈输入端相连；第一激磁/加力控制开关组(6‑1)和第二激磁/加力控制开关组(6‑2)与控制器相连；电阻R_ZL、定子线圈L_ZL、定子线圈L_ZR、和电阻R_ZR串联组成第一路惠斯顿测试电桥；电阻R_XL+、定子线圈L_XL+、定子线圈L_XL‑、和电阻R_XL‑串联组成第二路惠斯顿测试电桥；电阻R_YL+、定子线圈L_YL+、定子线圈L_YL‑、和电阻R_YL‑串联组成第三路惠斯顿测试电桥；电阻R_XR+、定子线圈L_XR+、定子线圈L_XR‑、和电阻R_XR‑串联组成第四路惠斯顿测试电桥；电阻R_YR+、定子线圈L_YR+、定子线圈L_YR‑和电阻R_YR‑串联组成第五路惠斯顿测试电桥；每路惠斯顿测试电桥输出一路代表浮子位置的电压差信号；定子线圈L_ZL、L_XL+、L_YL+、L_XR+、L_YR+、L_ZR、L_XL‑、L_YL‑、L_XR‑、L_YR‑的输入端与多路选通器的相应输入端相连；多路选通器的输出端与模拟信号转换电路的输入端相连；模拟信号转换电路的输出端与控制器相连；多路选通器在控制器的控制下分时选择输出一路惠斯顿测试电桥输出的电压差信号至模拟信号转换电路；模拟信号转换电路(3)将电压差信号进行放大、解调和滤波，获得与浮子位置对应的信号，并将其输入至控制器；控制器(5)根据与浮子位置对应的信号计算加力控制信号；通过控制器控制第一激磁/加力控制开关组和第二激磁/加力控制开关组的开合以使得定子线圈交替作为位置传感器和力发生器。