1 基本概念 陀螺仪（ gyroscope）的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是 不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。我们骑自行车 其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。陀螺仪 在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。 然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。在现实生活中，陀螺仪 发生的进动是在重力力矩的作用下发生的。 陀螺仪多用于导航、定位等系统，常用实例如手机GPS定位导航、卫星三轴陀螺仪定位。陀 螺仪基本上就是运用物体高速旋转时，角动量很大，旋转轴会一直稳定指向一个方向的性质，所 制造出来的定向仪器。不过它必需转得够快，或者惯量够大（也可以说是角动量要够大）。不然， 只要一个很小的力矩，就会严重影响到它的稳定性。 2 陀螺发展历史 1850年法国的物理学家莱昂傅科（ J.Foucault）为了研究地球自转，首先发现高速转动中的转 子（ rotor），由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字 gyro（旋转）和skopein （看）两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪表。 18世纪欧拉建立的动力学方程和欧拉运动学方程，为陀螺运动的理论奠定了基础。但是制造 出一个实用的陀螺却经历了长时间的探索。19世纪中期，随着钢制外壳船舶的出现，原来所用的 磁罗盘不再适用，因而用陀螺导航的要求日益迫切。在第一次世界大战中，美国海军制成了陀螺 导航仪，并很快被其他国家所采用。随着航海和航空事业的发展，陀螺仪已成为不可缺少的精密 导航仪器。20世纪初出现了飞机的陀螺稳定器和自动驾驶仪。但直到1940年后，陀螺罗盘才完全 代替了磁罗盘，1950年出现了惯性导航系统。 不论制造得多么精密的陀螺，要完全消除轴承的摩擦力并使质心和支点重合是不可能的，因 而就会产生外加干扰力矩的作用，引起陀螺转子自转轴的缓慢进动，称为陀螺漂移。这时的进动 角速度称为漂移角速度。陀螺漂移角速度的大小是衡量陀螺精度高低的标志。为最大限度地减少 漂移，近代陀螺的研究课题主要是如何实现无干扰力矩的支承。主要途径是用电场力来代替支架， 实现无支承悬浮。如果转子是个标准的球形，则电场力通过其中心，从而实现无摩擦的悬浮。另刚体陀螺实验系统 GT300-3DT-ED 上海紫航电子科技有限公司 Tel：54170805 Fax：54170905 共 7 页 / 第 2 页 一个途径是用磁场力来实现转子的悬浮，但要求转子必须是用超导体制造的，才能使磁力线垂直 于球形转子的表面且不穿透它的表面。这就是近代电陀螺和磁陀螺的基本设想。 3 刚体陀螺仪结构 从力学的观点近似的分析陀螺的运动时，可以把它看成是一个刚体，刚体上有一个万向支点， 而陀螺可以绕着这个支点作三个自由度的转动，所以陀螺的运动是属于刚体绕一个定点的转动运 动。更确切地说，一个绕对称轴高速旋转的飞轮转子叫陀螺。将陀螺安装在框架装置上，使陀螺 的自转轴有角转动的自由度，这种装置的总体叫做陀螺仪。 图1 陀螺仪结构 陀螺仪的基本部件有： 1) 陀螺转子(常采用同步电机、磁滞电机、三相交流电机等拖动方法来使陀螺转子绕自转轴 高速旋转，并见其转速近似为常值)； 2) 内、外框架(或称内、外环，它是使陀螺自转轴获得所需角转动自由度的结构)； 3) 附件(是指力矩马达、信号传感器、控制器等)。 4 陀螺仪工作原理 陀螺仪，是一个圆形的中轴的结合体。而事实上，静止与运动的陀螺仪本身并无区别，如果 静止的陀螺仪本身绝对平衡的话，抛除外在因素陀螺仪是可以不依靠旋转便能立定的。而如果陀 螺仪本身尺寸不平衡的话，在静止下就会造成陀螺仪模型倾斜跌倒，因此不均衡的陀螺仪必然依 靠旋转来维持平衡。刚体陀螺实验系统 GT300-3DT-ED 上海紫航电子科技有限公司 Tel：54170805 Fax：54170905 共 7 页 / 第 3 页 陀螺仪本身与引力有关，因为引力的影响，不均衡的陀螺仪，重的一端将向下运行，而轻的 一端向上。在引力场中，重物下降的速度是需要时间的，物体坠落的速度远远慢于陀螺仪本身旋 转的速度时，将导致陀螺仪偏重点，在旋转中不断的改变陀螺仪自身的平衡，并形成一个向上旋 转的速度方向。当然，如果陀螺仪偏重点太大，陀螺仪自身的左右互作用力也将失效！。 而在旋转中，陀螺仪如果遇到外力导致，陀螺仪转轮某点受力。陀螺仪会立刻倾斜，而陀螺 仪受力点的势能如果低于陀螺仪旋转时速，这时受力点，会因为陀螺仪倾斜，在旋转的推动下， 陀螺仪受力点将从斜下角，滑向斜上角。而在向斜上角运行时，陀螺仪受力点的势能还在向下运 行。这就导致陀螺仪到达斜上角时，受力点的剩余势能将会将在位于斜上角时，势能向下推动。 而与受力点相反的直径另一端，同样具备了相应的势能，这个势能与受力点运动方向相反， 受力点向下，而它向上，且管这个点叫“联动受力点”。当联动受力点旋转180度，从斜上角到达 斜下角，这时联动受力点，将陀螺仪向上拉动。在受力点与联动受力互作用力下，陀螺仪回归平 衡。 5 实验原理 陀螺仪被用在飞机飞行仪表的心脏地位，是由于它的两个基本特性：一为定轴性（ inertia or rigidity），另一是进动性（ precession），这两种特性都是建立在角动量守恒的原则下。 5.1 定轴性 当三自由度陀螺转子高速旋转后，若不受外力矩的作用，不管基座如何转动，支撑在万向支 架上的 陀螺仪自转轴指向惯性空间的方位不变，这种特性叫“定轴性”。如果我们以地球为基准， 则可以认为三自由度陀螺相对于地球运动，这种运动称为陀螺的假视运动或视在运动。视在运动 是陀螺稳定性的表现。 其惯性随以下的物理量而改变： 1）转子质量愈大，转动惯量I愈大； 2）转子旋转半径愈大，转动惯量I愈大； 3）转子旋转速度愈高，转动惯量I愈大； 5.2 进动性刚体陀螺实验系统 GT300-3DT-ED 上海紫航电子科技有限公司 Tel：54170805 Fax：54170905 共 7 页 / 第 4 页 在运转中的陀螺仪，如果外界施一作用或力矩在转子旋转轴上，则旋转轴并不沿施力方向运 动，而是顺着转子旋转向前90度垂直施力方向运动，此现象即是进动性。 进动性的大小也有三个影响的因素： 1）外界作用力愈大，其进动性也愈大； 2）转子的质量惯性矩（moment of inertia）愈大，进动性愈小； 3）转子的角速度愈大，进动性愈小； 而进动方向可根据进动性原理取决于施力方向及转子旋转方向。 6 实验系统性能 1）刚体陀螺仪  尺寸：200*200*200mm  重量: 1.6Kg 2）转子电机：直流无刷电机（双电机结构）； 3）电机转速：0~6000r/min（可调）； 4）电源  电压：DC +12V  电流：3A 7 实验系统特点 1）采用三自由度刚体陀螺结构，可进行完善的陀螺实验及演示；刚体陀螺实验系统 GT300-3DT-ED 上海紫航电子科技有限公司 Tel：54170805 Fax：54170905 共 7 页 / 第 5 页 2）转子电机采用高速无刷电机，转速平稳，寿命长； 3）转子采用双电机结构，保障了转子的对称性，并加大了转子驱动力矩，启动速度快； 4）配置有专用控制器，可以完成转子转速控制，方便实验； 8 实验操作 将刚体陀螺仪器平放在桌面上，仪器周转保留一定空间。 1）接通电源，打开开关； 2）设置转子转速：大、中、小； 3）启动陀螺，观察陀螺转子转速是否已经稳定； 4）定轴性实验 当三自由度陀螺转子高速旋转后，若不受外力矩的作用，不管基座如何转动，支撑在万向支 架上的陀螺仪自转轴指向惯性空间的方位不变，这种特性叫“定轴性”。 当陀螺转子高速旋转稳定后，手持基座分别绕刚体陀螺三个轴转动，观测刚体陀螺仪转子轴 的指向的变化。 分别改变转子转速大中小，观测陀螺转子轴的变化。 5）进动性实验 进动性是三自由度陀螺仪的一个基本特性。陀螺仪绕着与外力矩矢量相垂直的方向的转动， 叫做进动，其转动角速度叫做进动角速度。 进动角速度的方向取决于转子动量矩H和外力矩M的方向。外加力矩沿陀螺自转方向转动 90°即为进动角速度( )矢量方向。或者用右手定则记忆：从动量矩H沿最短路径握向外力矩M的 右手旋进方向，即为进动角速度方向。 通过控制器可改变转子飞轮正反转、转速，从而控制动量矩H的方向和大小，通过内框两侧 不同一侧加挂已知重量砝码，改变外力矩M的大小和方向，动量矩H为转子转动惯量和转速的乘 积，方向符合右手定则 进动角速度计算公式：ω=M/H sinθ 当θ=90°时，sinθ=1，所以 ω=M/H =M/Iωr 6）关闭电源，断开开关；刚体陀螺实验系统 GT300-3DT-ED 上海紫航电子科技有限公司 Tel：54170805 Fax：54170905 共 7 页 / 第 6 页 7）撤收仪器设备。 9 适用课程 惯性传感器原理、惯性导航原理、导航制导与控制、飞行控制原理、无人机实训实验、基础 力学、刚体力学、陀螺力学、理论力学、新型传感器原理及应用等。 10 注意事项 1）陀螺飞轮高速旋转时，不可用手触摸或试图阻止其转转； 2）实验系统工作时，尤其是陀螺转子处于高速旋状态下，必须有人在场； 3）刚体陀螺仪属于精密机械结构，操作中应当轻拿轻放，以免损坏设备。

轴系部件拆装与分析实验是针对轴系结构开设的实验。实验分组进行，每组2人，课内4学时。为使学生了解并掌握更多不同类型的轴系结构形式，实验中为学生提供12种不同结构形式的方案，配有相关零部件实验箱。学生自行选择方案，按所选方案自行组装，然后画出轴系部件结构草图并进行测绘。每个环节指导教师逐一进行检查，实验课结束前指导教师在草图上签字。课后按要求做实验报告，并画正规轴系部件结构图一张。该实验为学生完成轴系部件设计大作业和课程设计奠定了良好基础。该实验装置2009年获黑龙江省教学成果二等奖。

本发明公开了一种多级电位补偿装置及失超检测装置，包括感 应线圈、补偿线圈，位于补偿线圈两端的接线柱以及位于补偿线圈上 的多个分接头；分接头可沿着补偿线圈的表面滑动，在补偿线圈的表 面与分接头接触的部分可导电；感应线圈通过接线柱与补偿线圈并联 连接；感应线圈与超导磁体同心放置，用于感应超导磁体中的感应电压；补偿线圈将感应电压通过多个分接头分配并调节大小，实现对超 导磁体感应电压的补偿。本发明可以消除超导磁体中感应电压在失超 检测过程中对电压信号检测的影响，避免失超保护装置的误判；同时 该装置制作安装简

本发明公开了一种燃煤发电机组超低负荷运行的系统与运行方法，该系统由两台联合运行的燃煤发电机组组成，包括汽轮机、蒸汽系统、真空抽气系统、凝结水系统和给水系统；发电机组的蒸汽系统之间通过热再蒸汽联络管相连；发电机组的给水系统之间通过给水联络管相连。本发明将两台机组超低负荷运行时的蒸汽出力，集中在主锅炉上，解决了当燃煤机组超低负荷运行时，锅炉燃烧失稳，磨煤机、风机及脱硝反应器不稳等问题，同时大幅提高锅炉运行操控的安全性和可靠性。

一种基于虚拟发电厂的配电网无功功率优化调度方法及系统，在沿馈电网络接入的每个节点连接设 置一个监测装置，控制过程包括当虚拟发电厂的当前调度时间段开始时，各监测装置向虚拟发电厂的集 中控制器上传所接入节点的实时电压有效值；集中控制器建立无功功率优化调度模型并求解得到各分布 式电源的无功输出给定值，集中控制器向各分布式电源发送无功输出给定值，各分布式电源相应输出无 功功率至馈电线路。本发明通过集中控制器的优化调度，使得配电网中各个节点电压偏离额定值

本发明提供一种发电机组一次调频性能的综合评价方法，包括 以下步骤：确定评价发电机组一次调频性能指标，规范化处理发电机 组一次调频性能指标，用主客观权重结合法确定发电机组一次调频性 能指标的权重，基于物元可拓法评价发电机组一次调频性能的等级。 本发明引入动态的一次调频性能指标，且结合了主观权重和客观权重 的优点求取一次调频性能指标的权重，基于物元可拓法对发电机组一 次调频性能进行综合评价，评价结果客观、合理、全面，为电力系统调度部门的考核工作奠定基础。 

本发明公开了一种不对称负载下无刷双馈电机独立发电系统励 磁控制方法，该方法是基于正、负序双 dq 坐标系，将无刷双馈电机的 功率绕组 PW 电压分解为正序分量和负序分量，然后分别采用 PW 电 压正序分量控制器和负序分量控制器调节 PW 电压正序和负序分量的 幅值和频率，获得所需的控制绕组 CW 电压正序和负序分量，CW 电 压正、负序分量相加即得最终的 CW 电压给定值，根据该给定值产生 PWM 调制信号，进而驱动逆变器对 CW 进行控制，最终使 PW 电压 正序分量的幅值和频率分别跟踪给定值，P

本发明公开了一种无位置传感器的无刷双馈发电机输出频率控 制方法。该方法不依赖于位置传感器，也无需知道无刷双馈发电机的 各种参数，利用采集到的无刷双馈发电机的功率绕组的电压实现对转 速的辨识，避免了位置传感器带来的一系列问题，能对无刷双馈发电 机的输出频率进行有效控制；在需要无刷双馈发电机和外电网并网使 用时，也能在无位置传感器的情况下顺利完成并车过程；由于无刷双 馈发电系统本身就需要采集无刷双馈发电机的功率绕组的电压构成电 压闭环以实现对无刷双馈发电机输出电压幅值的有效控制，本发明不仅能有效削减位置

世界首创的农林生物质气化发电联产炭、热、肥技术。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 该技术为南京林业大学周建斌教授团队于2002年在世界首创的农林生物质气化发电联产炭、热、肥技术，采用自主专利的气化多联产装置将农林生物质在不需要外加能源，也不需要添加任何化学药品、添加剂、催化剂的条件下同时生产气、固、液三相产物并分别进行高值化利用。产出的生物质可燃气、生物质炭、生物质提取液，在工业、农业和民用设置方面均有广泛用途。 创新提出了林农生物质气化发电联产炭、肥、热的理念，攻克了其规模化生产的技术瓶颈，解决了传统生物质气化、生物质炭等行业长期存在的产品单一、废水废渣污染（世界性难题）等问题，取得了系列原创性成果，获国家科技进步二等奖、江苏省和浙江省科学技术一等奖、梁希林业科学技术一等奖等各1项。

能源与环境密切相关，是社会经济发展的重要战略保障。我国是世界上最大的能源生产消费国，环境污染、温室效应和化石能源短缺三大问题亟待解决。发展先进的供能系统是缓解能源与环境问题、落实我国节能减排战略的重大需求，与能源结构清洁化转型息息相关。太阳能燃气联合循环（ISCC）基于“温度对口，梯度利用”原则，是一种先进可靠的供能系统。ISCC系统中太阳能作为辅助热源加热给水，实现了能源互补，克服了单独太阳能热发电系统负荷变动大、需要大规模蓄热装置的缺陷，大大提升了太阳能的利用效率，减少了污染物排放。 创新点 为了增加变负荷下太阳能集热器出口蒸汽产量，提出从过热蒸汽管道或汽轮机中抽汽加热太阳能集热器进口水的方法，以达到最佳的蒸汽产量，提升联合循环的能量利用率且成本低。根据太阳辐射的强弱和排烟温度自动调整进入太阳能集热器的进水比例和过热蒸汽管道或汽轮机的抽汽量，保证太阳能集热器进口水温度达到其设计接近点温差对应的温度值，实现对能量的梯级互补和综合利用，提高太阳能联合循环系统的运行效率。 市场前景 中国“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。根据国家能源局统计，截至2021年底，全国风电装机容量约3.3亿千瓦，太阳能发电装机容量约3.1亿千瓦。到2030年，风电和太阳能发电的总装机容量将达到12亿千瓦以上，且风电与太阳能发电的装机容量占比还要提高。但风电和太阳能发电严重受限于天气、季节、风力等自然气象条件。 太阳能与化石能源互补利用有利于加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系。然而燃煤电站灵活调峰能力尚且不足，现阶段燃气蒸汽联合循环系统以燃气轮机实现化石能向热能的转换，响应速度远快于燃煤锅炉。且集成太阳能集热器构建ISCC系统实现能源互补的技术比较成熟，作为太阳能利用的可靠方式受到了广泛关注。 本团队成果适用于槽式太阳能集热器与燃气蒸汽联合循环集成，可优化机组变负荷与太阳能辐射波动过程中的能量匹配规律，低成本实现多热源梯级利用，允许系统集成更大太阳能面积促进可再生能源利用，逐步推进双碳目标。 获奖情况 2021年12月大学生创新创业训练计划项目：基于温控的复杂热力系统优化北京市优秀。