專利名稱：針對衛(wèi)星飛輪的擾動仿真的實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星飛輪的擾動仿真，具體是ー種通過對飛輪的地面試驗數(shù)據(jù)的分析和優(yōu)化，最終通過數(shù)學(xué)模型實現(xiàn)擾動量的針對衛(wèi)星飛輪的擾動仿真的實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
隨著衛(wèi)星技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，載荷也在不斷增多，同時載荷對衛(wèi)星平臺的要求越來越高，微振動問題成為制約高精度高穩(wěn)定度衛(wèi)星發(fā)展的主要因素。而目前所進(jìn)行的相關(guān)研究僅僅停留在試驗上，這極大的限制了衛(wèi)星的研制進(jìn)度。
對于目前的飛輪微振動的仿真方法是通過物理參數(shù)指標(biāo)，計算出飛輪的擾動量級，再輸入到仿真的有限元模型中評估飛輪的擾動影響。這主要是通過理論計算動不平衡方法來實現(xiàn)擾動カ的仿真。利用這種分析方法已經(jīng)對很多衛(wèi)星型號的衛(wèi)星的擾動環(huán)境進(jìn)行了分析，但是，這種方法目前還存在著ー些不足，主要有I)由于動不平衡的頻率成分比較單一，無法覆蓋飛輪工作時的主要頻率成分，所以對于仿真的準(zhǔn)確度有很大的影響；2)仿真分析時沒有考慮控制模式導(dǎo)致頻率成分和飛輪自身的固有頻率成分，因此對于共振點的仿真不能逼真；3)這類仿真方法的針對性不強(qiáng)，無法區(qū)別零動量輪和偏置動量輪的區(qū)別，因此仿真時存在一定的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供了一種針對衛(wèi)星飛輪的擾動仿真的實現(xiàn)方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。一種針對衛(wèi)星飛輪的擾動仿真的實現(xiàn)方法，包括步驟1，對衛(wèi)星飛輪掃頻過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行瀑布圖分析，獲得飛輪掃頻過程中的主要頻率成分分布；步驟2，對瀑布圖中的衛(wèi)星飛輪某ー頻率成分隨轉(zhuǎn)速變化過程中的變化趨勢進(jìn)行判讀，并獲得頻率變化過程中的幅值變化曲線，并對該幅值曲線進(jìn)行擬合獲得其隨頻率變化的函數(shù)關(guān)系，依次類推，獲得分析帶寬內(nèi)的主要頻率成分的所有幅值變化曲線并進(jìn)行擬合獲得，轉(zhuǎn)速變化時的頻率分布和響應(yīng)曲線；步驟3，獲得某一定頻或者變頻時間段內(nèi)的擾動變化曲線，通過計算公式合成作為衛(wèi)星微振動仿真過程中的擾動輸入。所述步驟I中飛輪掃頻過程中的數(shù)據(jù)為通過加速度傳感器將飛輪產(chǎn)生的振動信號感知，并通過采集卡將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。所述加速度傳感器提取壓電電壓信號，其數(shù)字特征是以電壓為幅值的時間序列。所述加速度傳感包括數(shù)據(jù)采集卡和傳輸線，所述數(shù)據(jù)采集卡將壓電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，所述傳輸線實現(xiàn)信號的抗干擾屏蔽傳輸。所述步驟2中主要頻率成分包括轉(zhuǎn)頻及其倍頻成分、衛(wèi)星飛輪的固有頻率以及轉(zhuǎn)速控制所產(chǎn)生的控制頻率，還包括對數(shù)字信號的傅立葉變換、提取頻率點的幅值大小。所述步驟3中計算公式采用幅值譜計算公式。本發(fā)明提供的針對衛(wèi)星飛輪的擾動仿真的實現(xiàn)方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下特點I)數(shù)據(jù)真實，為試驗數(shù)據(jù)提取的信號特征，接近在軌狀態(tài)下的飛輪的真實擾動；2)通用性強(qiáng)，某ー衛(wèi)星飛輪的擾動模型一旦建立完成后，可以保存于擾動數(shù)據(jù)庫中，未來衛(wèi)星型號采用同樣類型的飛輪時，可直接調(diào)用擾動模型進(jìn)行仿真計算。


圖I為針對衛(wèi)星飛輪的擾動仿真分析系統(tǒng)示意圖；圖2為本發(fā)明流程圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。本實施例提供了一種針對衛(wèi)星飛輪的擾動仿真的實現(xiàn)方法，本實施例包括以下步驟步驟1，對衛(wèi)星飛輪掃頻過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行瀑布圖分析，獲得衛(wèi)星飛輪掃頻過程中的主要頻率成分分布；飛輪掃頻過程中的數(shù)據(jù)為通過加速度傳感器將飛輪產(chǎn)生的振動信號感知，并通過采集卡將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號；加速度傳感器提取壓電電壓信號，其數(shù)字特征是以電壓為幅值的時間序列；加速度傳感器包括數(shù)據(jù)采集卡和傳輸線，所述數(shù)據(jù)采集卡將壓電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，所述傳輸線實現(xiàn)數(shù)字信號的抗干擾屏蔽傳輸；步驟2，對瀑布圖中的衛(wèi)星飛輪某ー頻率成分隨轉(zhuǎn)速變化過程中的變化趨勢進(jìn)行判讀，并獲得頻率變化過程中的幅值變化曲線，并對該幅值曲線進(jìn)行擬合獲得其隨頻率變化的函數(shù)關(guān)系，依次類推，獲得分析帶寬內(nèi)的主要頻率成分的所有幅值變化曲線并進(jìn)行擬合獲得，轉(zhuǎn)速變化時的頻率分布和響應(yīng)曲線；步驟3，獲得某一定頻或者變頻時間段內(nèi)的擾動變化曲線，通過計算公式合成作為衛(wèi)星微振動仿真過程中的擾動輸入；計算公式采用幅值譜計算公式。在本實施例中，主要頻率成分包括轉(zhuǎn)頻及其倍頻成分、衛(wèi)星飛輪的固有頻率以及轉(zhuǎn)速控制所產(chǎn)生的控制頻率，還包括對數(shù)據(jù)的傅立葉變換、提取頻率點的幅值大小。在本實施例中I.建立飛輪產(chǎn)生的干擾カ和力矩的頻域模型，需要計算其相應(yīng)的幅值譜(Amplitude Spectrum)以及功率譜密度(PSD, power spectrum density)。2.確定諧波數(shù)建立飛輪模型，首先需要從試驗數(shù)據(jù)中識別出諧波數(shù)，確定出諧波數(shù)的關(guān)鍵是從數(shù)據(jù)的瀑布圖中對所有的振幅進(jìn)行檢查，并找出飛輪諧波引起的峰值。
3.確定幅值大小對信號的幅值進(jìn)行估計，通常采用幅值譜計算公式。通過對取定的數(shù)據(jù)長度作幅值譜分析，可以得出所分析的數(shù)據(jù)長度內(nèi)的各頻率成分的幅值與頻率的關(guān)系，利用幅值譜計算公式可以得到振動試驗數(shù)據(jù)的幅值譜，根據(jù)幅值譜和譜密度峰值可以得出最大振幅及所對應(yīng)的頻率。計算時為防止能量泄露，造成譜峰值減小精度降低，數(shù)據(jù)的長度一般取為2的冪次，采樣頻率盡量高，數(shù)據(jù)長度盡量增加以保證分辨率要求。上面的仿真信號模擬了飛輪擾動模型，包括轉(zhuǎn)頻及其倍頻、搖擺模態(tài)和飛輪的固有模態(tài)與轉(zhuǎn)頻間的耦合情況的仿真。根據(jù)飛輪振動模型和試驗數(shù)據(jù)建立整星狀態(tài)下的飛輪擾動輸入模型，可以對載荷界面進(jìn)行擾動仿真輸入，為整星仿真提供真實的信號，同時為減振、隔振系統(tǒng)的設(shè)計提供隔振輸入。
以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種針對衛(wèi)星飛輪的擾動仿真的實現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟I，對衛(wèi)星飛輪掃頻過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行瀑布圖分析，獲得衛(wèi)星飛輪掃頻過程中的主要頻率成分分布； 步驟2，對瀑布圖中的衛(wèi)星飛輪某ー頻率成分隨轉(zhuǎn)速變化過程中的變化趨勢進(jìn)行判讀，并獲得頻率變化過程中的幅值變化曲線，并對該幅值曲線進(jìn)行擬合獲得其隨頻率變化的函數(shù)關(guān)系，依次類推，獲得分析帶寬內(nèi)的主要頻率成分的所有幅值變化曲線并進(jìn)行擬合獲得，轉(zhuǎn)速變化時的頻率分布和響應(yīng)曲線； 步驟3，獲得某一定頻或者變頻時間段內(nèi)的擾動變化曲線，通過計算公式合成作為衛(wèi)星微振動仿真過程中的擾動輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的針對衛(wèi)星飛輪的擾動仿真的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟I中飛輪掃頻過程中的數(shù)據(jù)為通過加速度傳感器將飛輪產(chǎn)生的振動信號感知，并通過采集卡將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的針對衛(wèi)星飛輪的擾動仿真的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述加速度傳感器提取壓電電壓信號，其數(shù)字特征是以電壓為幅值的時間序列。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的針對衛(wèi)星飛輪的擾動仿真的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述加速度傳感器包括數(shù)據(jù)采集卡和傳輸線，所述數(shù)據(jù)采集卡將壓電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，所述傳輸線實現(xiàn)數(shù)字信號的抗干擾屏蔽傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的針對衛(wèi)星飛輪的擾動仿真的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述主要頻率成分包括轉(zhuǎn)頻及其倍頻成分、衛(wèi)星飛輪的固有頻率以及轉(zhuǎn)速控制所產(chǎn)生的控制頻率，還包括對數(shù)據(jù)的傅立葉變換、提取頻率點的幅值大小。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的針對衛(wèi)星飛輪的擾動仿真的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟3中計算公式采用幅值譜計算公式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種針對衛(wèi)星飛輪的擾動仿真的實現(xiàn)方法，通過加速度傳感器將衛(wèi)星飛輪產(chǎn)生的振動信號感知，并通過采集卡將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，提取信號中的主要頻率成分及幅值大小，然后通過計算公式合成為飛輪的擾動仿真輸入。本發(fā)明解決衛(wèi)星飛輪仿真時信號成分真實度欠佳的問題，數(shù)據(jù)采集部分主要包括振動加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和采集軟件幾部分。本發(fā)明提出了一種基頻及其倍頻、結(jié)構(gòu)固有頻率以及力矩控制過程中產(chǎn)生的頻率成分合成的信號處理方法，通過對采集信號的分析、識別，并進(jìn)行合成，作為仿真輸入，從而完成作為系統(tǒng)擾動輸入的功能。
文檔編號G01M7/02GK102829940SQ20121028547
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月10日
發(fā)明者趙發(fā)剛, 周徐斌, 申軍烽, 顧亦磊, 杜冬 申請人:上海衛(wèi)星工程研究所