一種新的精密陀螺電源

1引言

高精度陀螺廣泛用于航天、航空等領(lǐng)域，它的精度和使用壽命很大程度上取決于陀螺軸承，因此對軸承工作狀態(tài)的研究是很關(guān)鍵的。一般是使用專用精密電源和功率計(jì)，在它穩(wěn)定工作時(shí)測量電源輸出功率的變化，以此反映軸承的工作狀態(tài)。傳統(tǒng)的電源采用振蕩器產(chǎn)生三相正弦波，通過功率放大后輸出。但這種電源功耗很大，散熱困難，由此引起的元件參數(shù)變化使輸出精度、穩(wěn)定性很難保證。而且電源體積較大，和功率計(jì)分體，使用起來很不方便。

美國從20世紀(jì)60年代起,研制了一種陀螺電源,內(nèi)附精密差分毫瓦計(jì)。利用它可以精確測出高速旋轉(zhuǎn)中陀螺性能的各種細(xì)微變化,從而確定軸承的性能是否滿足要求。但是該電源售價(jià)高達(dá)16490美元，約合人民幣14萬元。

根據(jù)有關(guān)部門提出的技術(shù)參數(shù)，我們采用SPWM、雙單片機(jī)和開關(guān)電源等多種技術(shù)研制了內(nèi)附毫瓦計(jì)的精密陀螺電源。

2技術(shù)指標(biāo)

本電源技術(shù)指標(biāo)是按現(xiàn)使用的部分航天陀螺電機(jī)的特性確定的，詳細(xì)資料見表1。

表1陀螺電機(jī)特性

為了精確測出由于陀螺電機(jī)內(nèi)部狀態(tài)變化而導(dǎo)致的電源輸出功率變化,必須保證陀螺電機(jī)供電電源的高度穩(wěn)定性。由表1可見,電機(jī)的正常功率約為2～16W,而要求測出的功率變化量在50mW以下,分辨率暫定為1mW,因此其相對功率變化量應(yīng)達(dá)到3‰～25‰。

據(jù)此確定本電源基本技術(shù)指標(biāo)如下:

?輸出功率不超過20W

?輸出功率分辨率1mW

?輸出功率精度10mW

?輸出電壓12～40V三相交流，有效值

?輸出電壓穩(wěn)定度5×10－4

?輸出電壓精度±2％可校準(zhǔn)到±0.1％

?輸出波形正弦波（包絡(luò)）

?輸出電流1A短時(shí)2A

?輸出頻率167，200，250，400，500Hz

?輸出頻率穩(wěn)定度1×10－5/d

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用SPWM技術(shù)產(chǎn)生三相輸出，使功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，故只有極低的功率耗散。既使整機(jī)功耗降低，機(jī)箱溫度變化減小，又使器件因溫度變化帶來的誤差變小，有利于提高整機(jī)的精度和穩(wěn)定性。同時(shí)，SPWM波形的諧波含量較小，電機(jī)電流波形接近正弦，陀螺電機(jī)的諧波損耗也小。

系統(tǒng)由開關(guān)穩(wěn)壓器、直流穩(wěn)壓器、三相逆變器、波形發(fā)生以及測量控制等幾部分構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

因?yàn)樾枰獙?shí)時(shí)地產(chǎn)生三相SPWM波形，同時(shí)又

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，所以使用一個(gè)單片機(jī)是很難實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)用了兩片8031來完成上述功能的。