[发明专利]反作用飞轮输出力矩测量电路及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及反作用飞轮输出力矩测量领域。

背景技术

反作用飞轮是小卫星，尤其是高精度三轴稳定小卫星普遍采用的控制部件，通过不同的输入电压输入得到不同的输出力矩，它具有控制精度高、寿命长、连续控制等特点。采用了反作用飞轮的卫星在进行电测时，尤其在进行姿态控制系统闭环测试或者模飞测试时，需要精确测量反作用飞轮的输出力矩，用于闭环测试的动力学模型计算。国内常用的反作用飞轮一般输出转速和转速方向信号，转速采用单位时间内的脉冲数表示，为TTL电平的方波信号，转速方向采用TTL电平信号表示(比如高电平表示正转，低电平表示反转)。反作用飞轮的转速不太高，每分钟最大不超过几千转，每转采用特定个数(比如18个)脉冲表示。

在卫星姿态控制系统闭环测试时，需要实时、精确测量反作用飞轮输出力矩，实时是指在一次动力学计算步长(几十毫秒)内至少提供一次测量数据。如果采用脉冲计数法，假设飞轮转速信号频率小于2000Hz，动力学计算步长50ms，那么一个计算步长内的转速脉冲个数为小于100，由于计数为整数，计数误差为1，输出力矩的计算误差至少为1％，反作用飞轮转速越低误差越大，不能满足使用要求。如果采用测量脉冲周期的方法，一次周期测量的误差一般要十几微秒(由处理器的中断时间决定)，对于2000Hz的信号来说，输出力矩的计算最大误差接近2％(10μs/500μs)。且一个动力学计算步长内有多个脉冲，选择哪个脉冲计算该时间内的转速最合适，能够提高反作用飞轮输出力矩的精度，从而满足卫星测试使用要求，成为现在的一个研究方向。

发明内容

本发明的目的是解决卫星姿态控制系统动态测试时动力学模型计算过程中反作用飞轮输出力矩测量的问题，提供一种反作用飞轮输出力矩测量电路及其测量方法。

本发明反作用飞轮输出力矩测量电路包括微处理器、通信接口、计数器、晶振和整形模块；微处理器的第一输入输出端与通信接口的第一输出输入端连接，通信接口的第二输入输出端为动力学计算模块的信号输入输出端，微处理器的第二输入输出端与计数器的输出输入端连接，微处理器的第三输入端与整形模块的输出端连接，整形模块的输入端为飞轮转速脉冲信号输入端，微处理器的第四输入端为微处理器的飞轮转速方向信号输入端，微处理器的第五输入端为微处理器的50ms脉冲信号输入端，计数器的输入端与晶振的输出端连接。

反作用飞轮输出力矩测量方法如下：

微处理器初始化，设置微处理器的飞轮转速脉冲信号输入端的中断口的中断触发方式为上升沿或者下降沿触发方式，即单个边沿触发，设置微处理器的50ms脉冲信号输入端的中断口的中断触发方式为上升沿触发；微处理器定义飞轮转速脉冲中断计数变量count并清零；设置微处理器内部定时器，定时精度1ms，启动定时；

计数器初始化，设置计数器3的计数增加1代表1μs，启动计数器计数；初始化50ms中断更新标志flag＝0；

设置50ms脉冲中断处理程序的优先级高于飞轮转速脉冲中断处理程序的优先级；

50ms脉冲中断处理程序为：

记录微处理器内部定时器当前计数值T50，设置50ms中断更新标志flag＝1，退出50ms脉冲中断处理程序；

飞轮转速脉冲中断处理程序为：

步骤一：飞轮转速脉冲中断计数变量count值加1，读取飞轮转速方向信号Direct，若50ms中断更新标志flag＝1，则进行步骤二，否则退出飞轮转速脉冲中断处理程序；

步骤二：读取微处理器内部定时器当前计数值Tflag，计算当前计算周期内的反作用飞轮转速：

若Tflag-T50＞25ms，则当前计算周期内的反作用飞轮转速ω＝0，否则读取并记录计数器的数值T3，按下述公式计算当前计算周期内的反作用飞轮转速：

t＝T3_k-T3_k-1，其中下标k代表当前计算周期，k-1代表上一计算周期，