專利名稱：三軸氣浮臺綜合干擾力矩測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量技術(shù)，具體說就是三軸氣浮臺綜合干擾力矩測量方法。
背景技術(shù)：
三軸氣浮臺依靠壓縮空氣在氣浮軸承與軸承座之間形成的氣膜，使模擬臺體浮起，從而實現(xiàn)近似無摩擦的相對運動條件，以模擬衛(wèi)星等空間飛行器在外層空間所受干擾力矩很小的力學(xué)環(huán)境。作為空間飛行器運動模擬器，三軸氣浮臺進行衛(wèi)星控制系統(tǒng)全物理仿真實驗?zāi)軌驒z驗系統(tǒng)的性能，實踐證明，利用氣浮臺進行仿真不僅對飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)驗證有著重要作用，而且能夠顯著提高飛行器的效費比，降低風險，縮短研發(fā)周期，是空間飛行器研制過程中的重要手段和方法。三軸氣浮臺的綜合干擾力矩是一個關(guān)鍵技術(shù)指標，測量三軸氣浮臺綜合干擾力矩是氣浮臺參數(shù)標定的需要，也是基于三軸氣浮臺的仿真試驗的一項重要前期工作，尤其對 于高精度的試驗系統(tǒng)，需要實現(xiàn)三軸氣浮臺綜合干擾力矩的高精度測量。經(jīng)文獻檢索，張振軍、董云峰等在論文“利用動量輪測試氣浮臺干擾力矩的新方法”(見《計算機測量與控制》，2008年，16卷第8期，頁碼1122-1124)中根據(jù)動量矩定理，利用動量輪的啟動加速特性測定氣浮臺的干擾力矩，但是該方法需要配置高精度的飛輪，代價高、工程實現(xiàn)困難。向東、楊慶俊、包鋼、王祖溫等在論文“三軸氣浮平臺常值干擾力矩的分析與補償”(見《宇航學(xué)報》，2009年，30卷第2期，頁碼448-452)中提出了通過動力學(xué)反演測量計算干擾力矩的方法，并通過復(fù)擺周期公式推導(dǎo)了常值干擾力矩的估算公式，但該方法需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，不便于工程實現(xiàn)。楊秀彬、金光、徐開等在論文“三軸氣浮臺自動調(diào)節(jié)平衡和干擾力矩測試”中提出用用光纖陀螺實時測得各時刻的角速度，然后根據(jù)各時刻臺體的角速度變化計算得到干擾力矩，該方法需要配置光纖陀螺，代價高，并且由于目前光纖陀螺的精度限制很難實現(xiàn)高精度的測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種原理簡單、成本低、操作方便、容易工程實現(xiàn)的三軸氣浮臺綜合干擾力矩的測量方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的所述的三軸氣浮臺綜合干擾力矩測量方法，步驟如下步驟一將三軸氣浮臺調(diào)節(jié)平衡，在氣浮臺臺體的某位置做一個標記，然后給氣浮臺一個繞豎直軸的初始速度，速度大小根據(jù)測量需要確定；步驟二 測量該標記旋轉(zhuǎn)一周所用的時間，并記為Tl ；步驟三氣浮臺繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，記錄該標記繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一周所用的時間，并記為T2
,,r.. Λπ(Τ\-Τ2)步驟四根據(jù)公式#=<7><于]^計算得到綜合干擾力矩《，其中J為事先測得的氣浮臺繞旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。
步驟五讓氣浮臺反向旋轉(zhuǎn)，并重復(fù)步驟二 四，得到反向綜合干擾力矩。本發(fā)明三軸氣浮臺綜合干擾力矩測量方法，不使用速度敏感設(shè)備，只需時間計量設(shè)備，便于實現(xiàn)高精度的測量，并且原理簡單、方便實用、容易實現(xiàn)、費用低，該方法也適用于單軸氣浮臺綜合干擾力矩的測量。


圖I為三軸氣浮臺綜合干擾力矩測量原理示意圖；圖2為三軸氣浮臺指示標志檢測臺體旋轉(zhuǎn)整周示意圖；圖3為光電開關(guān)傳感器測量三軸氣浮臺旋轉(zhuǎn)周期示意圖。
具體實施方式

下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1，結(jié)合圖1，本發(fā)明三軸氣浮臺綜合干擾力矩測量方法，原理如下由于三軸氣浮旋轉(zhuǎn)體的特殊性，速度敏感器的選擇和設(shè)計方案比較困難，本方案可以在不直接測量速度的情況下得到三軸氣浮臺的綜合干擾力矩首先在臺體上標記一個初始位置，然后讓氣浮臺在各種干擾力矩作用下，低速自由連續(xù)轉(zhuǎn)動2周或以上，并連續(xù)記錄通過標記位置的時間。在己知氣浮臺轉(zhuǎn)動慣量的情況下，根據(jù)記錄的時間，則可計算得到干擾力矩。首先水平方向低速旋轉(zhuǎn)一周(角位移S =360° ),記錄所用時間h ;然后連續(xù)旋轉(zhuǎn)第二周(角位移s = 360° ),記錄所用時間t2。因為三軸氣浮臺的特殊結(jié)構(gòu)，其綜合干擾力矩是均勻的，因此可以把臺體的自由旋轉(zhuǎn)近似為勻減速圓周運動，于是可以計算第一周旋轉(zhuǎn)的平均角速度為R = V1第二周旋轉(zhuǎn)的平均角速度為=勻加速運動的平均速度正好等于中間時刻的速度。也就是說從巧到巧所用的時間為H。因此可得
r nS _ - (t ^ S t. +L— = V, = V, + a + = —+ -L
U 2) tx 2即
S S U +Λ-- = α-—
I2 <,ζ.代入s = 360° = 2 Ji，最終化簡可得
一/2)a = ~-Tj
hhit,+t2)也可以根據(jù)勻加速運動中加速度和速度的關(guān)系直接記算角加速度，即α=Υιζ =^izlA 0ty 丨 2(/丨+ 2)
2由公式M = J · a，其中M為力矩，J為轉(zhuǎn)動慣量，a為加速度，可得綜合干擾力矩Mz =M = J-^Y~^
V2C^1 +^2)三軸氣浮臺干擾力矩的實際測試中，關(guān)心的是綜合干擾力矩，可以通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)軸，用上述方法測量繞該旋轉(zhuǎn)軸的干擾力矩，多次測量觀察數(shù)值的變化，由此可以測得不同旋轉(zhuǎn)軸時干擾力矩的分布情況。
實施例2，結(jié)合圖2-3，本發(fā)明三軸氣浮臺綜合干擾力測量方法，所述的旋轉(zhuǎn)整周的時間測量是這樣實現(xiàn)的(I)秒表計時法如圖2所示，在三軸氣浮臺臺體和三軸氣浮臺臺下附近位置分別做一個標記，可以檢測三軸氣浮臺的旋轉(zhuǎn)周期，用秒表記錄連續(xù)兩次標記對準的時間間隔，從而測得標準氣浮體的旋轉(zhuǎn)周期。在秒表計時法中，由公式=M= /··^^，干擾力矩的測量精度和轉(zhuǎn)動慣
量測量精度、時間測量精度相關(guān)，下面分析人工讀秒定時的精度因為三軸氣浮臺實際工作轉(zhuǎn)速通常不高于1° /s，典型速度是0.2° /s，以1° /s為例進行分析轉(zhuǎn)動一周耗時360s，人工判時誤差不大于Is(經(jīng)試驗證明，平均誤差在O. 2s以內(nèi))，因此時間的測量誤差小于
O.3%。這種精度可以滿足高精度三軸氣浮臺的測量要求。(2)光電開關(guān)傳感器計時法如圖3所示，在臺體邊緣加一黑色條狀標記，在三軸氣浮臺臺下對應(yīng)標記處安裝光電開關(guān)傳感器，傳感器與計算機相連，通過檢測光電開關(guān)傳感器的信號輸出來控制計算機的計時，從而自動檢測臺體的旋轉(zhuǎn)周期，如下圖所示。 臺體旋轉(zhuǎn),每當標記經(jīng)過傳感器時,計算機就記錄下該點的時刻，這樣就可以計算出連續(xù)兩次記錄的時間間隔A和t2,從而計算出加速度。上述計時方案中，秒表計時法是一個工程可行性較強的方法，不需要任何其他設(shè)備，只要在臺體上做個標記，用秒表即可實現(xiàn)測量。光電開關(guān)測量旋轉(zhuǎn)周期方案用普通光電開關(guān)傳感器配合計算機即可實現(xiàn)，價格便宜、操作簡單、計時精確。
權(quán)利要求
1.一種三軸氣浮臺綜合干擾力矩的測量方法，其特征在于，步驟如下 步驟一將三軸氣浮臺調(diào)節(jié)平衡，在氣浮臺臺體的某位置做一個標記，然后給氣浮臺一個繞豎直軸的初始速度，速度大小根據(jù)測量需要確定； 步驟二 測量該標記旋轉(zhuǎn)一周所用的時間，并記為Tl ； 步驟三氣浮臺繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，記錄該標記繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一周所用的時間，并記為T2 ； 步驟四根據(jù)公式M = TUT2{T\ + T2)體翻齡刊尤力矩M，其中J為已知的氣浮臺繞旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量； 步驟五讓氣浮臺反向旋轉(zhuǎn)，并重復(fù)步驟二 四，得到反向綜合干擾力矩。
全文摘要
本發(fā)明公開一種三軸氣浮臺綜合干擾力矩的測量方法，方法如下將三軸氣浮臺調(diào)節(jié)平衡，在氣浮臺某位置做一個標記，然后給氣浮臺一個繞某軸的初始速度，測量該標記旋轉(zhuǎn)一周所用的時間，并記為T1；氣浮臺繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，記錄改標記繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一周所用的時間，并記為T2；根據(jù)公式計算得到綜合干擾力矩M；讓氣浮臺反向旋轉(zhuǎn)，并重復(fù)步驟二～四，得到反向綜合干擾力矩。本方法便于實現(xiàn)高精度的測量，并且原理簡單、方便實用、容易實現(xiàn)、費用低，該方法也適用于單軸氣浮臺綜合干擾力矩的測量。
文檔編號G01L3/00GK102829908SQ20121032153
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月27日
發(fā)明者夏紅偉, 李莉, 馬廣程, 王常虹, 任順清, 伊國興, 曲耀斌 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)