[发明专利]采用空间旋转力矩的变速倾侧动量轮倾侧角传感器标度因数测量方法

说明书

采用空间旋转力矩的变速倾侧动量轮倾侧角传感器标度因数测量方法，涉及变速倾侧动量轮运动物理参数测量技术领域。本发明的目的是为了解决现有方法针对倾侧角传感器标度因数存在测量精度低的问题。技术要点：坐标系建立与倾侧角传感器布局、构建倾侧角测量方程、施加空间旋转力矩并记录倾侧角传感器数据、基于传感器阈值和椭圆拟合的有效数据处理。本发明利用嵌入在转子体内侧的永磁体和两对固定于支撑框架上正交排布的力矩器线圈配合产生空间旋转力矩，并在后续数据处理过程中采用阈值处理，最大程度地提高了传感器数据的有效利用率并降低了传感器非线性因素的影响，实现了倾侧角传感器标度因数的精确测量。

技术领域

本发明涉及变速倾侧动量轮运动物理参数测量技术领域，具体涉及一种采用空间旋转力矩的变速倾侧动量轮倾侧角传感器标度因数测量方法。

背景技术

变速倾侧动量轮通过控制一个扁平转子体角动量幅值和指向变化，能够实现三轴姿控力矩输出功能，其应用将很大程度地提高微小航天器姿控系统的集成度和效率，减小系统的质量、体积、功耗和研制成本。为实现角动量指向的受控变化，需在实现回转式挠性支撑框架的基础上搭建倾侧控制回路，包括转子体、力矩器、倾侧角传感器及倾侧回路控制器。其中，力矩器由嵌入在转子体内侧的永磁体和固定于支撑框架上的力矩器线圈构成，力矩器线圈采用两对线圈正交排布的形式，每个力矩输出自由度通过线圈和永磁体产生的力偶矩实现倾侧运动，其倾侧角由转子体外部的非接触式倾侧角传感器实现测量。

目前，文献中报道针对该机构的倾侧角测量主要有两种方法：赤道三角形法和非接触式位移传感器法。赤道三角形法是指在转子体外表面加工三角形型面，用两对小型感应式传感器来检测转过该三角形型面边缘的电流脉冲，通过标定转过相邻边缘的时间而获得倾侧角度。该方法构思新颖，将角度测量问题巧妙地转换为时间间隔测量问题，但由于转子在高速旋转和倾侧过程中，伴随机理性和不理想因素造成的复杂混频振动及噪声，很大程度上限制了倾侧角的测量精度。非接触式位移传感器法是指在转子体上、下表面或侧表面外部差动地安装位移传感器，通过检测被测表面与传感器探头的距离变化间接解算倾侧角度。该方法原理清晰、实现方便，可以在一定程度上降低转子体高频振动的影响，并且通过正交差动排布可以提高倾侧角测量分辨率，因此，本发明基于该方法进行传感器配置，并进一步地研究其标度因数的测量方法。

位移传感器在出厂时会进行标定，给出量程、线性度、分辨率等相关参数。但是，由于出厂标定是在相对严格的条件下实现的，若采用传感器出厂时给定的标度因数数值，由于被测表面条件及使用环境的差别，难以取得理想效果，甚至会引起较大偏差。若在实际使用条件下进行标度因数测量，但仅仅采用传感器安装位置处转子体极限位置数据来标定传感器的标度因数，虽然实现方便，但由于所利用信息太少，特别是当被测距离接近传感器量程边缘时受饱和非线性特性的影响，很容易造成较大偏差。现有技术中，没有提出上述技术问题也没有给出解决该技术问题的技术手段。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：

本发明的目的是提供一种采用空间旋转力矩的变速倾侧动量轮倾侧角传感器标度因数测量方法，以解决现有方法针对倾侧角传感器标度因数存在测量精度低的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案如下：

一种采用空间旋转力矩的变速倾侧动量轮倾侧角传感器标度因数测量方法，所述方法的实现过程为：

步骤一、坐标系建立与倾侧角传感器布局

根据两对固定于支撑框架上正交排布的力矩器线圈，确定力矩器施加力偶矩的矢量方向T_XOT_Y，进而可以确定非接触式位移传感器坐标系OXYZ，按照确定的传感器坐标系依次正交对称布局传感器探头A、B、C、D；