[发明专利]一种惯性器件残余力矩测量装置及方法

说明书

本发明提供了一种惯性器件残余力矩测量装置及方法，属于检测技术领域。本发明包括台上系统、台下系统和无线传输系统，台上系统和台下系统通过无线传输系统无线连接；台下系统包括台下数据采集与处理系统、服务器和机柜箱；台上系统包括供电与供气系统、惯性执行机构控制系统、惯性执行机构待测产品、台上数据采集与处理系统、残余力矩测试系统、振动隔离与支撑系统和真空控制系统，其中残余力矩测试系统由气浮平台、气足和高精度传感装置组成。本发明能够模拟卫星平台在轨工作，提供一个模拟的空间力学环境，实时输出残余力矩，且适用于多种惯性器件的直接测量，数值计算较少，精度更高，理论完善。

技术领域

本发明涉及一种惯性器件残余力矩测量装置及方法，属于检测技术领域。

背景技术

随着我国航天水平的发展，现代高水平航天器对有效载荷的观测精度要求较以往有大幅提升。研究表明，惯性执行机构在工作过程中，由于无法完全消除动不平衡量、电磁场与轴系的非理想特性等因素，会出现频率分布较宽的残余力矩。这种残余力矩往往量级较小，但是会对有效载荷的观测精度产生影响，甚至导致卫星平台的颤振。目前，在针对惯性执行机构的测试中，尚无手段对各层次转动部件的残余力矩进行测试。因此亟需补充惯性器件残余力矩测量装置。本发明介绍的基于气浮平台的惯性器件残余力矩测量装置及方法就是一种先进的解决残余力矩检测问题的方法。

论文《大型三轴气浮台转动惯量和干扰力矩高精度联合辨识技术》记载了利用三轴气浮台对遥感卫星进行载荷平台一体化全系统闭环物理仿真，可模拟卫星在轨运行时的动力学特性。该文章提出一种新的大型三轴气浮台干扰力矩辨识技术，通过台上飞轮对三轴施加激励作用，利用激光陀螺等姿态测量数据实现对台体干扰力矩的高精度辨识。与传统辨识方法不同，该技术仅利用本体角速度信息，不需要角加速度信息，避免了角速度微分引起的噪声放大，将气浮系统综合干扰力矩优于0.003N·m，满足了高精度参数辨识需求。但是其提出的一种利用激光陀螺等姿态测量数据进行残余力矩的测量方法，该方法是一种间接测量方法，比较依赖飞轮与激光陀螺的精度，计算量大，在数值计算过程中会产生一定的误差，对计算机性能有一定的要求，并且该方法无法测量平动的残余力。

现有技术中发明专利《平面气浮台不平衡力和不平衡力矩测量仪》(授权公告号为CN105424248B)公开了一种测量仪器，以解决现有技术无法实现平面三自由度或二自由度悬浮平台微不平衡力和微不平衡力矩测量以及难以对平面三自由度或二自由度悬浮台平动和转动进行解耦的问题，它包括四根导轨、四个张力计、四个平面滑台和多个支撑座；四根导轨构成一个方形框架结构，四根导轨安装在多个支撑座上，每个导轨上安装有能沿该导轨滑动的一个平面滑台，每个平面滑台上安装有一个张力计，用于平面气浮台不平衡力和不平衡力矩测量，其中提出的不平衡力和不平衡力矩测量仪结构相对复杂，缺少保护装置。

现有技术中发明专利《飞轮摩擦力矩测量方法》(公开号为CN106525314A)公开了一种飞轮摩擦力矩测量方法，其包括下列步骤：步骤一，使用飞轮转速采集系统，采集飞轮在没有控制力矩输出的情况下由额定转速范围内的最大转速到零的转速信息；步骤二，通过数据处理与分析模块对转速信号进行平滑滤波与差分处理，得到转速信息与时间一一对应的采样点数据；步骤三，多次测量取其均值，估算出该转速方向的飞轮摩擦力矩大小；步骤四，对飞轮加负转速的控制力矩电压，重复上述步骤一、步骤二、步骤三，估算出该转速方向的飞轮摩擦力矩大小。本发明能够对摩擦环境复杂的飞轮进行力矩测量，特别是整机装配完成后的飞轮力矩测量，在航天器内飞轮的安装调试上应用广泛，其中提出的飞轮摩擦力矩测量方法操作复杂，对飞轮转速采集系统和控制电压精度要求高，且该方法仅适用于飞轮，不适用于其它惯性器件。