[发明专利]一种高精度三浮陀螺仪有源磁悬浮系统

说明书

本发明涉及一种高精度三浮陀螺仪有源磁悬浮系统。包括电磁元件部分、输入信号调理SIP模块、中心处理电路SOC模块、输出信号调理SIP模块；电磁元件部分限制、检测及调整浮子的各自由度；输入信号调理SIP模块与电磁元件部分组成L‑R电桥，用于提取浮子各自由度信息，并对信息调理转化为数字信号后，传输至中心处理电路SOC模块；中心处理电路SOC模块将接收到的数字信号与目标位置进行对比，计算出各自由度对应的偏离大小和方向，根据偏离大小和方向计算并输出调整电流的大小和方向；输出信号调理SIP模块将接收到的调整电流加载至电磁元件相应的励磁绕组上。解决了现有技术中有源磁悬浮陀螺仪精度较低的问题，填补了高精度三浮陀螺仪有源磁悬浮系统领域的空白。

技术领域

本发明涉及一种三浮陀螺仪，尤其涉及一种高精度三浮陀螺仪有源磁悬浮系统。

背景技术

三浮陀螺仪是单自由度液浮积分陀螺的发展与改进，采用动压气浮轴承电机代替滚珠轴承电机，利用磁悬浮技术来消除机械摩擦力矩，提高了陀螺仪的寿命及精度，结构见图1。因为其浮筒采用了液浮技术、陀螺马达采用动压气浮技术、输出轴采用磁悬浮技术，所以简称三浮陀螺仪。三浮陀螺仪精度很高，通常应用于载人航天、星空探测等对陀螺仪精度要求非常高的领域。

有源磁悬浮应用于三浮陀螺仪，改善陀螺浮子的支承状态，消除接触摩擦力，稳定浮子质心位置，可以直接改善陀螺零次项漂移和一次项漂移。对于精度达到10^-4(°/h)精度的陀螺，对浮子质心的稳定精度往往要求在纳米级，这就对陀螺浮子剩余质量的支承系统提出了更高的要求，位置控制精度优于0.01μm。例如大量测试数据表明，对于动量矩约200左右的浮子来说，测试时磁悬浮跳动0.02～0.05μm陀螺精度则很难优于10^-3(°/h)。

尽管从上世纪70年代我国开始在惯性领域引进磁悬浮技术，但从陀螺仪采用有源磁悬浮的工程实践来看，经过几十年的发展并没有达到预期的精度量级，与相同环境下的两浮陀螺相比没有提高1～2个数量级，也远远落后于采用有源磁悬浮的美国第三代TGG和第四代FGG三浮陀螺仪。传统意义的理解磁悬浮即为悬浮起来无机械接触即可，但在陀螺的特殊应用环境并非如此，陀螺浮子存在大阻尼和对输出轴力矩敏感等特点，按规定时间和刚度“浮起来”只完成了一部分工作。

目前公开发表的关于磁悬浮技术方面的学术专著、专利基本集中在磁悬浮电机、磁悬浮轴承等方面，一般都体积大、精度低、大负载、大动态等，而陀螺仪表方面却很少。陀螺仪表磁悬浮强调的是小体积、高精度、低载荷、低干扰、无位置传感器等，这一领域研究门槛高，技术进步相对较慢。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度三浮陀螺仪有源磁悬浮系统，解决现有技术中有源磁悬浮陀螺仪精度较低的问题，填补了高精度三浮陀螺仪有源磁悬浮系统领域的空白。

本发明的技术解决方案是提供一种高精度三浮陀螺仪有源磁悬浮系统，其特殊之处在于：包括电磁元件部分、输入信号调理SIP模块、中心处理电路SOC模块以及输出信号调理SIP模块；

上述电磁元件部分用于限制、检测及调整浮子的各自由度；

上述输入信号调理SIP模块与电磁元件部分组成L-R电桥，用于提取浮子各自由度信息，并对信息调理转化为数字信号后，传输至中心处理电路SOC模块；

上述中心处理电路SOC模块将接收到代表浮子位置信息的数字信号与目标位置进行对比，计算出各自由度对应的偏离大小和方向，根据偏离大小和方向计算并输出调整电流的大小和方向；

上述输出信号调理SIP模块将接收到的调整电流加载至电磁元件相应的励磁绕组上；

上述中心处理电路SOC模块中存储控制程序，控制程序被处理器执行时，实现以下过程：

S1：系统初始化；

S2：打开激磁电源；