CN111046538A - 静电力执行机构的电压分配方法及系统 - Google Patents

静电力执行机构的电压分配方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111046538A
CN111046538A CN201911176209.2A CN201911176209A CN111046538A CN 111046538 A CN111046538 A CN 111046538A CN 201911176209 A CN201911176209 A CN 201911176209A CN 111046538 A CN111046538 A CN 111046538A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrostatic force
model
electrode
voltage
actuating mechanism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911176209.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111046538B (zh
Inventor
刘伟
高扬
张皓
王文彬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technology and Engineering Center for Space Utilization of CAS
Original Assignee
Technology and Engineering Center for Space Utilization of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technology and Engineering Center for Space Utilization of CAS filed Critical Technology and Engineering Center for Space Utilization of CAS
Priority to CN201911176209.2A priority Critical patent/CN111046538B/zh
Publication of CN111046538A publication Critical patent/CN111046538A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111046538B publication Critical patent/CN111046538B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0084—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring voltage only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605—Measuring capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/24—Arrangements for measuring quantities of charge

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明公开了静电力执行机构的电压分配方法及系统，涉及静电悬浮控制技术领域。该方法包括：根据静电力执行机构的布局方案，建立静电力执行机构的读数模型；根据静电力方程，建立静电力执行机构输出的静电力模型和力矩模型；基于力和力矩输出解耦的原则，根据读数模型、静电力模型和力矩模型得到静电力执行机构的电压分配模型；根据电压分配模型分配静电力执行机构的电压。本发明提供的电压分配方法，适用于静电力执行机构，实现了静电力执行机构的高精度电压分配，具有计算效率高、控制精度高的优点。

Description

静电力执行机构的电压分配方法及系统
技术领域
本发明涉及静电悬浮控制技术领域，尤其涉及一种静电力执行机构的电压分配方法及系统。
背景技术
目前，在无拖曳卫星内部通常会部署用于空间实验的高精度引力参考传感器，高精度引力参考传感器通常采用静电力执行机构，包括：可以自由运动的检验质量，以及设置在检验质量周围的电极笼。其中，检验质量是采用低磁化率的金铂合金制成的标准立方体，在电极笼内以一定的运动空间约束运动。
当检验质量相对电极笼发生相对运动时，二者之间的电容值发生变化，可以通过电容值的变化量来检测检验质量相对电极笼的相对位移和相对姿态。而设置在电极笼上的电极形状、数量和位置等，可以根据实际需求设置。
静电力执行机构通常作为检验质量的执行机构，用于检验质量的静电悬浮控制。此外，静电悬浮加速度计也采用静电力进行控制。而目前，静电力执行机构的电压分配通常依赖经验值，控制精度不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种静电力执行机构的电压分配方法及系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种静电力执行机构的电压分配方法，包括：
根据静电力执行机构的布局方案，建立静电力执行机构的读数模型；
根据静电力方程，建立静电力执行机构输出的静电力模型和力矩模型；
基于力和力矩输出解耦的原则，根据所述读数模型、所述静电力模型和所述力矩模型得到所述静电力执行机构的电压分配模型；
根据所述电压分配模型分配所述静电力执行机构的电压。
本发明的有益效果是：本发明提供的电压分配方法，适用于静电力执行机构，根据电极笼的布局方案建立读数模型，再根据静电力方程建立静电力模型和力矩模型，通过建立的模型推导得到静电力执行机构电压解析解，实现了静电力执行机构的高精度电压分配，具有计算效率高、控制精度高的优点。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
一种静电力执行机构的电压分配系统，包括：
读数模型建模单元，用于根据静电力执行机构的布局方案，建立静电力执行机构的读数模型；
力模型建模单元，用于根据静电力方程，建立静电力执行机构输出的静电力模型和力矩模型；
电压分配模型建模单元，用于基于力和力矩输出解耦的原则，根据所述读数模型、所述静电力模型和所述力矩模型得到所述静电力执行机构的电压分配模型；
电压分配单元，用于根据所述电压分配模型分配所述静电力执行机构的电压。
本发明的有益效果是：本发明提供的电压分配系统，适用于静电力执行机构，根据电极笼的布局方案建立读数模型，再根据静电力方程建立静电力模型和力矩模型，通过建立的模型推导得到静电力执行机构电压解析解，实现了静电力执行机构的高精度电压分配，具有计算效率高、控制精度高的优点。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明电压分配方法的实施例提供的流程示意图；
图2为本发明电压分配方法的实施例提供的静电力执行机构结构示意图；
图3为本发明电压分配方法的实施例提供的电极布局方案结构示意图；
图4为本发明电压分配方法的其他实施例提供的校验输出力误差示意图；
图5为本发明电压分配方法的其他实施例提供的校验输出力矩误差示意图；
图6为本发明电压分配系统的实施例提供的结构框架图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，为本发明电压分配方法的实施例提供的流程示意图，该电压分配方法包括：
S1，根据静电力执行机构的布局方案，建立静电力执行机构的读数模型。
需要说明的是，静电力执行机构可以为电容式传感器的执行机构，静电力执行机构通过控制电容式传感器的电极笼每个面上的电极的电压，就能够控制检验质量与电机笼之间的静电力，如图2所示，展示的是电容式传感器b，中心的立方体是检验质量a，其外围设置有电极笼c，由于检验质量a是采用低磁化率的金铂合金制成的标准立方体，其各个面与电极笼c的距离较近，在一定的空间约束下运动，通常为X方向4mm、Y方向2.9mm、Z方向3.5mm和转动±2mrad，因此，建立的读数模型应满足以下条件：
(1)小角度近似条件。假设存在一个角度α，当α为小角度时，sinα＝α、cosα＝1；考虑到检验质量a相对电极笼c的转动运动约束条件±2mrad，显然该假设是可以接受的。
(2)平行板电容近似假设。忽略小角度运动引起的电容板的不平行，采用平行板电容公式计算电极板与检验质量a之间的电容值。
(3)忽略电极边缘场效应，同时不考虑电极板间的相互影响，以及电极板和周围电极笼c的相互影响。
应理解，读数模型实际为检验质量a相对于电极笼c进行相对移动的相对位置和相对姿态与电容值之间的关系，而由于电极笼c的电极排布方式不同，每个电极的关系式也不尽相同，具体地，可以通过电容值的定义求解每个电极的关系式，可以通过获取每个电极的设计值，包括有效面积、当检验质量a在标称位置时，电极到检验质量a的距离和电极的中心在所处平面内到电极笼c参考坐标系预设坐标轴的距离，得知这些参数后，就可以根据现有的电容值的计算方式得到关于相对位置和相对姿态与电容值之间的关系。
结合图2中的参考坐标系，假设以处于标称位置的检验质量a中心为原点建立直角参考坐标系，参考坐标系各轴穿过检验质量a各面的中心，那么以图3中的设置在yz平面，x轴正方向上的电极1为例，其关系式为：
Figure BDA0002290005860000041
其中，C1表示电极1与检验质量a之间的电容值，ε0表示真空介电常数，A1表示电极1的有效面积，d1表示当检验质量a在标称位置时，电极1到检验质量a的距离，R1表示当检验质量a在标称位置时，电极1的中心在所处平面内到电极笼c参考坐标系预设坐标轴的距离，(x，y，z)和
Figure BDA0002290005860000051
分别表示检验质量a相对于电极笼c的相对位移和相对姿态。
应理解，由于每个电极的位置不同，因此其具体的表达式也不同，本领域技术人员能够根据电容值的定义依照相似的方法，结合电极与检验质量a的几何位置关系，求得排布在检测质量表面的全部关系式，求得排布在检测质量表面的全部关系式后，就得到了电容式传感器b的读数模型，即静电力执行机构的读数模型。
图3给出的示例中共设置了18块电极，其中，电极1和电极2设置在x轴正方向的yz平面上，即背面；电极3和电极4设置在x轴负方向的yz平面上，即正面；电极5、电极6和电极13设置在y轴正方向的xz平面上，即左侧面；电极7、电极8和电极14设置在y轴负方向的xz平面上，即右侧面；电极9、电极10、电极15和电极16设置在z轴正方向的xy平面上，即顶面；电极11、电极12、电极17和电极18设置在z轴负方向的xy平面上，即底面。
应理解，静电力执行机构通过控制每个面上的电极的电压，就能够控制检验质量与电机笼之间的静电力，因此，电极笼c的每个面设置2块电极就可以实现静电力控制，下面以图3中电极1～电极12为控制电极，进行说明。
根据图3中的位置关系，可以得到全部12块电极的读数模型：
Figure BDA0002290005860000052
Figure BDA0002290005860000053
Figure BDA0002290005860000054
Figure BDA0002290005860000055
其中，Ai(i＝1,2,…,12)为电极的有效面积；di(i＝1,2,…,12)为当检验质量a处于标称位置时，电极板到检验质量a与其相对的一面的距离；Ri(i＝1,2,…,12)为当检验质量a处于标称位置时，电极板的中心在电极板平面内到电极笼c参考坐标系坐标轴的距离。其中，标称位置指的是检验质量a位于电极笼c的中心位置，即零位置和零姿态。
结合图3，如表1所示，给出了一种示例性的静电力执行机构布局方案参数：
表1静电力执行机构布局方案参数
参数 数值
A<sub>1</sub>、A<sub>2</sub>、A<sub>3</sub>、A<sub>4</sub> 4.9243×10<sup>-4</sup>m<sup>2</sup>
A<sub>5</sub>、A<sub>6</sub>、A<sub>7</sub>、A<sub>8</sub> 2.7185×10<sup>-4</sup>m<sup>2</sup>
A<sub>9</sub>、A<sub>10</sub>、A<sub>11</sub>、A<sub>12</sub> 2.4113×10<sup>-4</sup>m<sup>2</sup>
d<sub>1</sub>、d<sub>2</sub>、d<sub>3</sub>、d<sub>4</sub> 0.0040m
d<sub>5</sub>、d<sub>6</sub>、d<sub>7</sub>、d<sub>8</sub> 0.0029m
d<sub>9</sub>、d<sub>10</sub>、d<sub>11</sub>、d<sub>12</sub> 0.0035m
R<sub>1</sub>、R<sub>2</sub>、R<sub>3</sub>、R<sub>4</sub> 0.0115m
R<sub>5</sub>、R<sub>6</sub>、R<sub>7</sub>、R<sub>8</sub> 0.0153m
R<sub>9</sub>、R<sub>10</sub>、R<sub>11</sub>、R<sub>12</sub> 0.0153m
S2，根据静电力方程，建立静电力执行机构输出的静电力模型和力矩模型。
需要说明的是，静电力模型和力矩模型可以考虑如下近似条件：
(1)假设电容为无限长的非平行板；
(2)忽略检验质量电压的影响。
因为检验质量的电荷量可以被动或主动的控制为零，并且电极的电压和为零，因此该假设是合理的。基于以上假设，根据静电力方程，可以得到静电力模型和力矩模型为：
Figure BDA0002290005860000071
其中，q为检验质量坐标系的广义坐标，QTM是检验质量的电荷量，Vi是施加到电极上的电压，用于产生相对检验质量的电容ci。
在上述假设条件下，可以简化为一阶形式。由此可得静电力执行机构的输出力和力矩为：
Figure BDA0002290005860000072
Figure BDA0002290005860000073
Figure BDA0002290005860000074
Figure BDA0002290005860000075
Figure BDA0002290005860000076
Figure BDA0002290005860000077
式中，
D1＝d1-x-(R1+y)φ+zθ，D2＝d2-x+(R2-y)φ+zθ，D3＝d3+x-(R3-y)φ-zθ，
Figure BDA0002290005860000081
Figure BDA0002290005860000082
Figure BDA0002290005860000083
S3，基于力和力矩输出解耦的原则，根据读数模型、静电力模型和力矩模型得到静电力执行机构的电压分配模型。
由于检验质量的相对位移、姿态数值都较小，忽略二阶小量，简化后的电容值为：
Figure BDA0002290005860000084
式中，
Figure BDA0002290005860000085
简化后的输出力和力矩为：
Figure BDA0002290005860000086
Figure BDA0002290005860000087
Figure BDA0002290005860000088
Figure BDA0002290005860000089
Figure BDA00022900058600000810
Figure BDA00022900058600000811
基于力和力矩输出解耦的原则，设计输出电压值，采用如下策略：首先分别根据控制力Fc(＝[Fcx Fcy Fcz]T)和控制力矩Mc(＝[Mcx Mcy Mcz]T)计算所需电压的平方，
Figure BDA0002290005860000091
Figure BDA0002290005860000092
Figure BDA0002290005860000093
然后，将根据控制力计算的电压的平方值与根据控制力矩计算的电压的平方值求和作为实际输出的电压值的平方，最后，计算得到实际输出的电压值。
S4，根据电压分配模型分配静电力执行机构的电压。
本实施例提供的电压分配方法，适用于静电力执行机构，根据电极笼的布局方案建立读数模型，再根据静电力方程建立静电力模型和力矩模型，通过建立的模型推导得到静电力执行机构电压解析解，实现了静电力执行机构的高精度电压分配，具有计算效率高、控制精度高的优点。
可选地，在一些实施例中，根据静电力执行机构的布局方案，建立静电力执行机构的读数模型，具体包括：
确定电极笼的电极数量I，以及第i块电极在电极笼上的安装位置；
根据第i块电极的安装位置，确定第i块电极的有效面积Ai，以及在标称位置时第i块电极到检验质量相对面的距离di，以及在标称位置时第i块电极的中心在所处平面内到电极笼参考坐标系预设坐标轴的距离Ri，i＝1，2，3，……，I；
根据每块电极的有效面积Ai、距离di、距离Ri，以及检验质量相对于电极笼的相对位移(x，y，z)和相对姿态
Figure BDA0002290005860000101
建立静电力执行机构的读数模型。
可选地，在一些实施例中，基于力和力矩输出解耦的原则，根据读数模型、静电力模型和力矩模型得到静电力执行机构的电压分配模型，具体包括：
对读数模型进行简化，忽略二阶小量，得到简化读数模型；
基于力和力矩输出解耦的原则，根据静电力模型计算所需第一电压的平方，并根据力矩模型计算所需第二电压的平方；
根据第一电压的平方和第二电压的平方计算得到静电力执行机构施加在每块电极上的电压，得到电压分配模型。
可选地，在一些实施例中，根据以下公式计算得到静电力执行机构施加在每块电极上的电压：
Figure BDA0002290005860000102
其中，Vi为施加在第i块电极上的电压，Vxi为根据第i块电极的静电力计算得到的电压值，Vθi为根据第i块电极的力矩计算得到的电压值。
可选地，在一些实施例中，还包括：
通过蒙特卡洛仿真计算静电力执行机构输出的静电力误差和力矩误差，验证静电力执行机构的电压分配的准确性。
具体地，可以通过设置蒙特卡洛仿真次数，随机生成控制力指令、力矩指令、位移值和姿态值。基于电压分配模型，计算静电力执行机构的理论电压值。基于静电力执行机构的输出力和力矩模型，根据理论电压值、位移和姿态值，计算静电力执行机构的输出力和力矩。比较静电力执行机构的输出力和力矩、随机生成控制力和力矩指令，可得静电力执行机构的输出误差，进而验证静电力执行机构的电压分配模型的准确性。
如图4所示，为校验输出力误差示意图，如图5所示，校验输出力矩误差示意图，经过仿真验证，仿真结果输出力误差为10-14N，输出力矩误差为10-14N·m，已达到计算仿真软件的计算截断误差，故蒙特卡洛仿真结果验证了静电力执行机构的电压分配模型的有效性。
可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部可选实施方式。
如图6所示，为本发明电压分配系统的实施例提供的结构框架图，该电压分配系统包括：
读数模型建模单元100，用于根据静电力执行机构的布局方案，建立静电力执行机构的读数模型；
力模型建模单元200，用于根据静电力方程，建立静电力执行机构输出的静电力模型和力矩模型；
电压分配模型建模单元300，用于基于力和力矩输出解耦的原则，根据读数模型、静电力模型和力矩模型得到静电力执行机构的电压分配模型；
电压分配单元400，用于根据电压分配模型分配静电力执行机构的电压。
本实施例提供的电压分配系统，适用于静电力执行机构，根据电极笼的布局方案建立读数模型，再根据静电力方程建立静电力模型和力矩模型，通过建立的模型推导得到静电力执行机构电压解析解，实现了静电力执行机构的高精度电压分配，具有计算效率高、控制精度高的优点。
可选地，在一些实施例中，读数模型建模单元100具体用于确定电极笼的电极数量I，以及第i块电极在电极笼上的安装位置；根据第i块电极的安装位置，确定第i块电极的有效面积Ai，以及在标称位置时第i块电极到检验质量相对面的距离di，以及在标称位置时第i块电极的中心在所处平面内到电极笼参考坐标系预设坐标轴的距离Ri，i＝1，2，3，……，I；根据每块电极的有效面积Ai、距离di、距离Ri，以及检验质量相对于电极笼的相对位移(x，y，z)和相对姿态
Figure BDA0002290005860000121
建立静电力执行机构的读数模型。
可选地，在一些实施例中，电压分配模型建模单元300具体用于对读数模型进行简化，忽略二阶小量，得到简化读数模型；基于力和力矩输出解耦的原则，根据静电力模型计算所需第一电压的平方，并根据力矩模型计算所需第二电压的平方；根据第一电压的平方和第二电压的平方计算得到静电力执行机构施加在每块电极上的电压，得到电压分配模型。
可选地，在一些实施例中，电压分配模型建模单元300具体用于根据以下公式计算得到静电力执行机构施加在每块电极上的电压：
Figure BDA0002290005860000122
其中，Vi为施加在第i块电极上的电压，Vxi为根据第i块电极的静电力计算得到的电压值，Vθi为根据第i块电极的力矩计算得到的电压值。
可选地，在一些实施例中，还包括：
检测单元，用于通过蒙特卡洛仿真计算静电力执行机构输出的静电力误差和力矩误差，验证静电力执行机构的电压分配的准确性。
可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部可选实施方式。
需要说明的是，上述各实施例是与在先方法实施例对应的产品实施例，对于产品实施例中各可选实施方式的说明可以参考上述各方法实施例中的对应说明，在此不再赘述。
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的，例如，步骤的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个步骤可以结合或者可以集成到另一个步骤，或一些特征可以忽略，或不执行。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种静电力执行机构的电压分配方法，其特征在于，包括：
根据静电力执行机构的布局方案，建立静电力执行机构的读数模型；
根据静电力方程，建立静电力执行机构输出的静电力模型和力矩模型；
基于力和力矩输出解耦的原则，根据所述读数模型、所述静电力模型和所述力矩模型得到所述静电力执行机构的电压分配模型；
根据所述电压分配模型分配所述静电力执行机构的电压。
2.根据权利要求1所述的静电力执行机构的电压分配方法，其特征在于，根据静电力执行机构的布局方案，建立静电力执行机构的读数模型，具体包括：
确定静电力执行机构的电极笼的电极数量I，以及第i块电极在电极笼上的安装位置；
根据第i块电极的安装位置，确定第i块电极的有效面积Ai，以及在标称位置时第i块电极到检验质量相对面的距离di，以及在标称位置时第i块电极的中心在所处平面内到电极笼参考坐标系预设坐标轴的距离Ri，i＝1，2，3，……，I；
根据每块电极的有效面积Ai、距离di、距离Ri，以及检验质量相对于电极笼的相对位移(x，y，z)和相对姿态
Figure FDA0002290005850000011
建立静电力执行机构的读数模型。
3.根据权利要求1所述的静电力执行机构的电压分配方法，其特征在于，基于力和力矩输出解耦的原则，根据所述读数模型、所述静电力模型和所述力矩模型得到所述静电力执行机构的电压分配模型，具体包括：
对所述读数模型进行简化，忽略二阶小量，得到简化读数模型；
基于力和力矩输出解耦的原则，根据所述静电力模型计算所需第一电压的平方，并根据所述力矩模型计算所需第二电压的平方；
根据所述第一电压的平方和所述第二电压的平方计算得到所述静电力执行机构施加在每块电极上的电压，得到电压分配模型。
4.根据权利要求3所述的静电力执行机构的电压分配方法，其特征在于，根据以下公式计算得到所述静电力执行机构施加在每块电极上的电压：
Figure FDA0002290005850000021
其中，Vi为施加在第i块电极上的电压，Vxi为根据第i块电极的静电力计算得到的电压值，Vθi为根据第i块电极的力矩计算得到的电压值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的静电力执行机构的电压分配方法，其特征在于，还包括：
通过蒙特卡洛仿真计算所述静电力执行机构输出的静电力误差和力矩误差，验证所述静电力执行机构的电压分配的准确性。
6.一种静电力执行机构的电压分配系统，其特征在于，包括：
读数模型建模单元，用于根据静电力执行机构的布局方案，建立静电力执行机构的读数模型；
力模型建模单元，用于根据静电力方程，建立静电力执行机构输出的静电力模型和力矩模型；
电压分配模型建模单元，用于基于力和力矩输出解耦的原则，根据所述读数模型、所述静电力模型和所述力矩模型得到所述静电力执行机构的电压分配模型；
电压分配单元，用于根据所述电压分配模型分配所述静电力执行机构的电压。
7.根据权利要求6所述的静电力执行机构的电压分配系统，其特征在于，所述读数模型建模单元具体用于确定静电力执行机构的电极笼的电极数量I，以及第i块电极在电极笼上的安装位置；根据第i块电极的安装位置，确定第i块电极的有效面积Ai，以及在标称位置时第i块电极到检验质量相对面的距离di，以及在标称位置时第i块电极的中心在所处平面内到电极笼参考坐标系预设坐标轴的距离Ri，i＝1，2，3，……，I；根据每块电极的有效面积Ai、距离di、距离Ri，以及检验质量相对于电极笼的相对位移(x，y，z)和相对姿态
Figure FDA0002290005850000031
建立静电力执行机构的读数模型。
8.根据权利要求6所述的静电力执行机构的电压分配系统，其特征在于，所述电压分配模型建模单元具体用于对所述读数模型进行简化，忽略二阶小量，得到简化读数模型；基于力和力矩输出解耦的原则，根据所述静电力模型计算所需第一电压的平方，并根据所述力矩模型计算所需第二电压的平方；根据所述第一电压的平方和所述第二电压的平方计算得到所述静电力执行机构施加在每块电极上的电压，得到电压分配模型。
9.根据权利要求8所述的静电力执行机构的电压分配系统，其特征在于，所述电压分配模型建模单元具体用于根据以下公式计算得到所述静电力执行机构施加在每块电极上的电压：
Figure FDA0002290005850000032
其中，Vi为施加在第i块电极上的电压，Vxi为根据第i块电极的静电力计算得到的电压值，Vθi为根据第i块电极的力矩计算得到的电压值。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的静电力执行机构的电压分配系统，其特征在于，还包括：
检测单元，用于通过蒙特卡洛仿真计算所述静电力执行机构输出的静电力误差和力矩误差，验证所述静电力执行机构的电压分配的准确性。
CN201911176209.2A 2019-11-26 2019-11-26 静电力执行机构的电压分配方法及系统 Active CN111046538B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911176209.2A CN111046538B (zh) 2019-11-26 2019-11-26 静电力执行机构的电压分配方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911176209.2A CN111046538B (zh) 2019-11-26 2019-11-26 静电力执行机构的电压分配方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111046538A true CN111046538A (zh) 2020-04-21
CN111046538B CN111046538B (zh) 2023-11-07

Family

ID=70233504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911176209.2A Active CN111046538B (zh) 2019-11-26 2019-11-26 静电力执行机构的电压分配方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111046538B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016026355A1 (zh) * 2014-08-18 2016-02-25 国家电网公司 一种有源配电网电压跌落仿真与评估方法
CN105426592A (zh) * 2015-11-06 2016-03-23 西安电子科技大学 一种静电成形薄膜反射面天线分析方法
CN106446353A (zh) * 2016-08-31 2017-02-22 中国科学院空间应用工程与技术中心 一种大间隙电磁作动器洛伦兹力高精度建模方法
CN107830870A (zh) * 2017-09-30 2018-03-23 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种高精度陀螺仪静电支承电极分配测试方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016026355A1 (zh) * 2014-08-18 2016-02-25 国家电网公司 一种有源配电网电压跌落仿真与评估方法
CN105426592A (zh) * 2015-11-06 2016-03-23 西安电子科技大学 一种静电成形薄膜反射面天线分析方法
CN106446353A (zh) * 2016-08-31 2017-02-22 中国科学院空间应用工程与技术中心 一种大间隙电磁作动器洛伦兹力高精度建模方法
CN107830870A (zh) * 2017-09-30 2018-03-23 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种高精度陀螺仪静电支承电极分配测试方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
万镇: "立轴静电悬浮微加速度计的设计及系统级仿真", 《优秀硕士学位论文全文库-工程科技II》 *
刘建华;王秋良;王晖;: "电极绝缘的压控型四轴静电悬浮支承技术", 中国惯性技术学报 *
陈家斌;金志华;陆恺;: "静电陀螺电干扰力矩模型中有关问题的探讨", 中国惯性技术学报 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111046538B (zh) 2023-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Syam et al. Design and analysis of strut-based lattice structures for vibration isolation
JP5911936B1 (ja) 変位検出方式の６軸力センサ
KR102669678B1 (ko) 유연체들을 시밍하기 위한 시스템들 및 방법들
US5959209A (en) Sensor unit having multiple sensors each providing independent detection of a force component
US10760986B2 (en) Displacement detection type six-axis force sensor
Ray et al. Finite element analysis of smart structures containing piezoelectric fiber-reinforced composite actuator
CN111046538A (zh) 静电力执行机构的电压分配方法及系统
Li et al. 2D simulation of the deformation of pH-sensitive hydrogel by novel strong-form meshless random differential quadrature method
WO2021108145A1 (en) Flexural suspension for delivering haptic feedback to interactive devices
Gabbay et al. Automatic generation of dynamic macro-models using quasistatic simulations in combination with modal analysis
Varsos et al. Generation of quadratic potential force fields from flow fields for distributed manipulation
JP2009257992A (ja) 力検出装置
CN116776671A (zh) 一种太阳翼双目视觉振动测量系统结构参数优化方法
Gong et al. Design and control of a novel six-DOF maglev platform for positioning and vibration isolation
CN115688212A (zh) 一种基于物质点法的软体机器人仿真方法
Zhang et al. A novel dynamic method to improve first-order natural frequency for test device
Tran et al. Statics analysis and optimization design for a fixed-guided beam flexure
Junnan et al. Tolerance analysis of an assembly by considering part deformation
CN112712859A (zh) 一种基于正四面体框架构建三维负泊松比结构的方法
Castro et al. Modular simulation framework for Electro-ribbon Actuators
Schlögl et al. Dynamic simulation of dielectric elastomer actuated multibody systems
Bansal et al. FE analysis of piezo-laminate composites under thermal loads
Jeong et al. Mechanical design of support structure for chips embedded in a convex-deformable mobile device
Yan et al. Hybrid realtime simulation of the space docking process
Moon Modeling Electromechanical Systems

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant