[发明专利]一种基于六维力测试仪的航天器旋转载荷动平衡量测量方法

权利要求书

1.一种基于六维力测试仪的航天器旋转载荷动平衡量测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S100：六维力测试台的噪声测试，多次测量，取其有效值，确定标定矩阵，标定测试台，提高测量精度；

步骤S200：将航天器旋转载荷放置测试台上，以不同的工作转速匀速旋转，获得三维空间的3个力分量和3个力矩分量；

步骤S300：根据刚体上力的平移理论，将力和力矩分量平移到旋转载荷参考质心点；

步骤S400：获得不同转速下，被测旋转载荷部件对于参考质心点的静、动不平衡量大小，取其均值。

2.根据权利要求1所述的基于六维力测试仪的航天器旋转载荷动平衡量测量方法，其特征在于，步骤S100中六维力测试仪各维向输出信号间存在耦合的噪声误差，采用静态标定方法，多次测量，取其有效值，确定标定矩阵，标定测试台，提高测量精度。

3.根据权利要求1所述的基于六维力测试仪的航天器旋转载荷动平衡量测量方法，其特征在于，所述步骤S200中选取航天器旋转载荷不同特定工作转速，利用六维力测试仪得到力和力矩分量，多次测量，取不同转速下均值。

4.根据权利要求1所述的基于六维力测试仪的航天器旋转载荷动平衡量测量方法，其特征在于，所述步骤S300中的六维力测试仪直接测得是旋转载荷转动部件相对于六维力测试仪输出参考点的力和力矩，静、动不平衡量的参考点通常情况为被测转动部件参考质心，故需将六维力测试仪测得的力和力矩分量平移到旋转载荷转动部件的参考质心点。

5.根据权利要求1所述的基于六维力测试仪的航天器旋转载荷动平衡量测量方法，其特征在于，步骤S400根据静、动不平衡量与旋转载荷转动部件转速比例关系，得到不同转速下，被测旋转载荷部件对于参考质心点的静、动不平衡量大小，取其均值。

6.根据权利要求1所述的基于六维力测试仪的航天器旋转载荷动平衡量测量方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤S101：六维力测试仪空载测试，测量期间保持测试环境无撞击振动发生，记录六维力测试仪电压输出值；

步骤S102：按步骤S101中记录的六维电压值为噪声项，对六维电压值进行FFT变换；

步骤S103：记录特征频率点，特征频率点为测试环境噪声和六维力测试仪固有测量噪声频率；

步骤S104：在六维力测试仪有效量程内，施加10个不同质量的标准砝码，进行多次测量，模拟有效载荷对六维力测试仪施加作用力；

步骤S105：按照步骤S104进行3次测试，每六维通道数据为一组，10个不同质量的标准砝码可达到10组60个数据；

步骤S106：在六维力测试仪有效量程内，六维力测试仪输出电压与测量输入值呈线性关系，每一维输出电压值进行线性叠加，可得输出与输入关系矩阵

U＝CF (1)

其中，F为标准砝码，U为六维力测试仪输出六维电压分量，C为待标定的矩阵；

步骤S107：确定步骤S106的标定的矩阵C，求解标定矩阵采用多元函数最小二乘拟合的方法；

步骤S201：将航天器旋转载荷放置测试台上，使航天器旋转载荷坐标系与六维力测试输出坐标系方向相同，底座固定安装；

步骤S202：发送指令航天器旋转载荷以ω＝80°/s的角速度转动，达到稳定的额定转速后，记录六维力测试仪的3个力分量[F₈₀xi,F₈₀yi,F₈₀zi]和3个力矩分量[M₈₀xi,M₈₀yi,M₈₀zi]；

步骤S203：按照步骤S202发送指令航天器旋转载荷以ω＝100°/s的角速度转动，记录六维力测试仪的3个力分量[F₁₀₀xi,F₁₀₀yi,F₁₀₀zi]和3个力矩分量[M₁₀₀xi,M₁₀₀yi,M₁₀₀zi]；

步骤S204：按照步骤S202发送指令航天器旋转载荷以ω＝120°/s的角速度转动，记录六维力测试仪的3个力分量[F₁₂₀xi,F₁₂₀yi,F₁₂₀zi]和3个力矩分量[M₁₂₀xi,M₁₂₀yi,M₁₂₀zi]；

步骤S205：重复步骤S202-步骤S204 3次，分别得到3个力分量均值：

3个力矩分量均值：

步骤S301：测量六维力测试仪输出参考点与旋转载荷转动部件参考质心点的水平距离L，垂直距离H；

步骤S302：计算六维力测试仪输出参考点与旋转载荷转动部件参考质心点距离R；

R＝L+H (4)；

步骤S303：将步骤S205中的F_j和M_j转化为相对于旋转载荷转动部件参考质心点的力F_d和力矩M_d，由刚体上力的平移理论可得：

步骤S401：根据静、动不平衡量与旋转载荷转动部件转速表达式可得

其中，B_dj为旋转载荷转动部件的静平衡量；

其中，D_dj为旋转载荷转动部件的动平衡量；

步骤S402：对航天器旋转载荷以80°/s、100°/s、120°/s的角速度转动的旋转载荷转动部件的静平衡量B_dj，旋转载荷转动部件的动平衡量D_dj其均值得：

其中分别为所求得的航天器旋转载荷静不平衡量和动不平衡量。