[发明专利]一种基于光栅传感器的发动机摆角测量系统标定补偿方法

说明书

一种基于光栅传感器的发动机摆角测量系统标定补偿方法，通过地面测试获得光栅传感器的测量精度，可进一步确认是否满足测量指标要求，同时通过几何分析的方法进一步获得正交干扰带来的摆角测量铰链偏差计算公式，消除了在半实物仿真试验中双向摇摆带来的铰链干扰误差，同时采用高分辨率的阶梯信号标定方法获取正交方向不同预摆角状态下的摆角传感器静态零位和线性度，并在半实物仿真试验过程中，可将正交方向的摆角作为输入，根据几何分析和拟合计算得到的公式实时修正摆角测量值。摆角测量的精确度远大于现有方法。

技术领域

本发明涉及一种基于光栅传感器的发动机摆角测量系统标定补偿方法，属于运载火箭控制系统半实物仿真领域。

背景技术

绝对式光栅尺是一种线位移传感器，广泛的使用在现代测量仪器中，其具有抗干扰性强、无累计误差、位置计算在读数头内完成、通信可靠等优点，因此近年来运载火箭半实物仿真试验中也应用此产品作为摆角测量设备。

运载火箭通过控制发动机双向摇摆来实现推力矢量控制，在半实物仿真试验中，无法应用真实的火箭箭体进行火箭姿态运动模拟，只能应用高性能计算机进行箭体模型解算，真实发动机摆角作为模型的输入，光栅摆角传感器作为摆角测量机构，其测量精度是需要关注的重点问题。光栅摆角传感器的主要测量误差来自于：1-安装误差和双向摇摆带来的耦合误差；2-发动机零位可能发生的小幅偏移以及耦合状态下发动机机架变形带来的偏差。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，光栅摆角传感器存在测量误差，难以精确实现火箭姿态精确运动模拟的问题，提出了一种基于光栅传感器的发动机摆角测量系统标定补偿方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于光栅传感器的发动机摆角测量系统标定补偿方法，步骤如下：

(1)搭建地面测试系统；

所述地面测试系统包括光栅摆角传感器、摆角信号综合控制柜、数据采集/处理工控机；光栅摆角传感器平放于地面测试桌上；

(2)确认测试线路连接正确且信号接收情况正常，对光栅摆角传感器进行静态标定，将光栅摆角传感器的光栅尺分别拉至最大位移、最小位移，并记录数据采集/处理工控机采集的光栅尺位置数据，根据光栅尺精度及光栅摆角传感器的摆角范围计算实际测量精度，并对照标定补偿任务进行判断是否满足需求；

(3)将光栅摆角传感器安装于发动机喷管处，搭建装机状态光栅传感器标定系统；

所述装机状态光栅传感器标定系统包括光栅摆角传感器、摆角信号综合控制柜、数据采集/处理工控机、伺服控制器、伺服机构及配套设备，

(4)根据发动机喷管几何参数计算摆角测量铰链偏差

(5)由数据采集/处理工控机向伺服控制器发送测试信号，其中，Y向、Z向为双向摇摆发动机的摆动方向且方向正交，通过伺服控制器控制控制Y向、Z向的伺服机构运动，并通过数据采集/处理工控机记录测试信号；

(6)向Z向伺服机构发送摆角为0的测试信号，向Y向伺服机构发送阶梯上升的测试信号，伺服机构开始工作后带动发动机进行Y向摇摆，通过数据采集/处理工控机接收光栅摆角传感器发送的数字信号；

(7)向Z向伺服机构发送预设摆角的测速信号，至Z向伺服机构摆动一定角度Δθ_n后，根据摆角测量铰链偏差向Y向伺服机构发送基体上升的测试信号，伺服机构开始工作后带动发动机进行Y向摇摆，通过数据采集/处理工控机实时接收Z向伺服机构发送的同预摆角Δθ_n状态下的数字信号y_n，获取发动机喷管Y向的真实摆角传感器伸缩长度y_n真；

(8)根据计算所得测试信号数据进行分析，确定正交方向下，不同预设摆角状态下光栅摆角传感器的静态标定公式；