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超导陀螺仪转子支承系统研究
资料介绍
超导陀螺仪是利用低温超导体Meissner效应工作的惯性器件，因精度高、能耗少等优点而具发展潜力。作为国防科工委“十五”预研项目“高精度超导陀螺仪”的一部分，本课题侧重于超导陀螺仪转子支承系统的基础理论和基础方法研究，研究工作主要集中在以下几方面： 在London方程和Maxwell方程的基础上，运用分离变量法定量分析了静止超导态转子在外磁场中的穿透层深度、磁场分布以及磁性等电磁特性；在London方程电磁场Lorentz变换的基础上研究了旋转超导态转子的电磁性质，指出转子的旋转会使超导体的临界磁场减小，但在外磁场强度低于转子材料临界磁场强度的情况下低温超导体完全排斥磁力线依然成立；确定了超导陀螺仪的转子材料和外磁场强度等技术参数，从而为分析超导陀螺仪转子在球形腔内的支承特性奠定了基础并推导出了超导磁悬浮力和磁悬浮刚度的定量计算表达式和转子的偏移模型，提出了实现陀螺转子超导支承的一些方法，总结出了陀螺转子超导磁悬浮的特点。 为实现陀螺转子的偏移控制并提高转子支承系统的支承刚度，提出了超导陀螺仪有源磁悬浮转子支承方案。按照超导陀螺仪转子支承系统既能克服自激振荡又能克服强迫振荡的原则，提出在转子支承系统中加入位置微分反馈环节以增加系统阻尼，并通过综合不同的转子支承条件的研究结果，提出采用串联滞后-超前校正方案增加系统的相位裕量以改变系统的开环频率特性。 为提高激励信号源的精度和稳定度，研制了基于直接数字频率合成器(DDS)和MCS-51单片机的超导陀螺仪转子支承系统的激励信号源。该信号源产生的激励信号的幅值和频率都非常稳定且波形良好，能满足超导陀螺仪转子支承系统的要求。 文中所有方案或方法的正确性都通过仿真验证，其中电路部分已用实际电路验证。为了能最大程度地使实验环境接近实际的超导陀螺仪，还设计制造了专用的陀螺转子偏移模型来验证转子偏移测试的可行性。
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