本發(fā)明涉及飛行器地面測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于多維力的質(zhì)心測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

衛(wèi)星的姿態(tài)控制中動(dòng)平衡是非常重要的因素，衛(wèi)星姿態(tài)確定、控制器算法中的參數(shù)、飛輪電機(jī)輸出力矩、推力器力矩都以質(zhì)心位置為基準(zhǔn)計(jì)算，質(zhì)心偏移預(yù)定位置不僅僅導(dǎo)致姿態(tài)波動(dòng)增加，從而進(jìn)一步增加能源消耗負(fù)擔(dān)，更為重要的是造成測(cè)量誤差和電機(jī)輸出力矩、推力器力矩計(jì)算誤差，導(dǎo)致無(wú)法糾正的姿態(tài)偏差。因此，飛行器質(zhì)心偏差產(chǎn)生的動(dòng)不平衡降低了飛行器姿態(tài)精度、增加姿控能源和工質(zhì)消耗，最終導(dǎo)致飛行器姿態(tài)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。由此可見，飛行器質(zhì)量質(zhì)心的高精度檢測(cè)對(duì)提高飛行器姿態(tài)控制精度意義重大。

目前飛行器質(zhì)心測(cè)試通常采用的測(cè)試方法有三點(diǎn)法和氣浮球軸承法，三點(diǎn)法的測(cè)試精度與傳感器的測(cè)試精度直接相關(guān)，在傳感器精度一定情況下提高質(zhì)心測(cè)試精度較難實(shí)現(xiàn)，氣浮球軸承法由于采用氣浮球軸承，使其制造成本以及使用維護(hù)成本較高，調(diào)試難度較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于多維力的質(zhì)心測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法，以解決目前飛行器質(zhì)心測(cè)試中質(zhì)心測(cè)試精度較難實(shí)現(xiàn)以及調(diào)試難度較大的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：提供一種基于多維力的質(zhì)心測(cè)試系統(tǒng)，包括：多個(gè)基座水平調(diào)節(jié)裝置，具有小量程的升降行程；測(cè)試剛性基座，設(shè)置在所述基座水平調(diào)節(jié)裝置上方；承重平臺(tái)；力矩測(cè)量模塊，設(shè)置在所述測(cè)試剛性基座上，所述測(cè)試剛性基座由小量程高精度傳感器及升降調(diào)節(jié)支撐組成，利用所述小量程高精度傳感器測(cè)量所述升降調(diào)節(jié)支撐在所述承重平臺(tái)上的支撐點(diǎn)處的壓力；柔性中心支撐模塊，設(shè)置在所述測(cè)試剛性基座的中心位置，由萬(wàn)向球軸承以及大量程多維力傳感器組成，按照所述承重平臺(tái)、所述萬(wàn)向球軸承、所述大量程多維力傳感器以及所述測(cè)試剛性基座依次疊放。

進(jìn)一步地，所述基座水平調(diào)節(jié)裝置為三個(gè)，沿四周均布。

進(jìn)一步地，所述萬(wàn)向球軸承由一個(gè)承載球和一個(gè)半球形杯殼中的多個(gè)小球組成。

進(jìn)一步地，所述承重平臺(tái)表面設(shè)有與測(cè)試產(chǎn)品對(duì)接接口。

進(jìn)一步地，基于多維力的質(zhì)心測(cè)試系統(tǒng)還包括三個(gè)支撐模塊，沿四周均布于所述承重平臺(tái)下方。

本發(fā)明還提供一種基于多維力的質(zhì)心測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試方法，包括通過(guò)升降調(diào)節(jié)支撐調(diào)節(jié)承重平臺(tái)的水平度；利用小量程高精度傳感器測(cè)量所述升降調(diào)節(jié)支撐在承重平臺(tái)上的支撐點(diǎn)處的壓力，并通過(guò)壓力測(cè)量獲得質(zhì)心偏心力矩；通過(guò)大量程多維力傳感器對(duì)測(cè)量產(chǎn)品進(jìn)行稱重測(cè)量以及對(duì)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸方向進(jìn)行力矩測(cè)量獲得由萬(wàn)向球軸承產(chǎn)生的靜摩擦力力矩；通過(guò)計(jì)算質(zhì)心偏心力矩以及靜摩擦力力矩之和獲得的總力矩，以及小量程高精度傳感器測(cè)量的壓力和大量程多維力傳感器對(duì)測(cè)量產(chǎn)品進(jìn)行稱重獲得測(cè)量產(chǎn)品的總重，計(jì)算獲得質(zhì)心位置。

本發(fā)明提供的基于多維力的質(zhì)心測(cè)試系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)航天器產(chǎn)品高精度質(zhì)心測(cè)試，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)重量的稱重，降低試驗(yàn)成本的同時(shí)，提高了質(zhì)心測(cè)試精度。

本發(fā)明提供的基于多維力的質(zhì)心測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試方法，相比三點(diǎn)法提高了質(zhì)心測(cè)試精度，同時(shí)相比氣浮球軸承測(cè)試方法大大降低了制造成本及使用維護(hù)的成本。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于多維力的質(zhì)心測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于多維力的質(zhì)心測(cè)試系統(tǒng)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于多維力的質(zhì)心測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試方法的步驟流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的基于多維力的質(zhì)心測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

本發(fā)明的核心思想在于，本發(fā)明提供的基于多維力的質(zhì)心測(cè)試系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)航天器產(chǎn)品高精度質(zhì)心測(cè)試，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)重量的稱重，降低試驗(yàn)成本的同時(shí)，提高了質(zhì)心測(cè)試精度。本發(fā)明提供的基于多維力的質(zhì)心測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試方法，相比三點(diǎn)法提高了質(zhì)心測(cè)試精度，同時(shí)相比氣浮球軸承測(cè)試方法大大降低了制造成本及使用維護(hù)的成本。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于多維力的質(zhì)心測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于多維力的質(zhì)心測(cè)試系統(tǒng)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。參照?qǐng)D1以及圖2，提供一種基于多維力的質(zhì)心測(cè)試系統(tǒng)，包括：多個(gè)基座水平調(diào)節(jié)裝置11，具有小量程的升降行程；測(cè)試剛性基座12，設(shè)置在所述基座水平調(diào)節(jié)裝置11上方；承重平臺(tái)13；力矩測(cè)量模塊，設(shè)置在所述測(cè)試剛性基座12上，所述測(cè)試剛性基座12由小量程高精度傳感器14及升降調(diào)節(jié)支撐15組成，利用所述小量程高精度傳感器14測(cè)量所述升降調(diào)節(jié)支撐15在所述承重平臺(tái)13上的支撐點(diǎn)處的壓力；柔性中心支撐模塊，設(shè)置在所述測(cè)試剛性基座12的中心位置，由萬(wàn)向球軸承16以及大量程多維力傳感器17組成，按照所述承重平臺(tái)13、所述萬(wàn)向球軸承16、所述大量程多維力傳感器17以及所述測(cè)試剛性基座12依次疊放。

具體地，基座水平調(diào)節(jié)裝置11、測(cè)試剛性基座12實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的支撐和水平調(diào)節(jié)，測(cè)試剛性基座12位于基座水平調(diào)節(jié)裝置11上方，具有足夠的剛性，可以保證測(cè)試過(guò)程無(wú)明顯的變形，所述基座水平調(diào)節(jié)裝置11具有小量程的升降行程，基座水平調(diào)節(jié)裝置11共三個(gè)，沿四周均布，通過(guò)基座水平調(diào)節(jié)裝置11可以實(shí)現(xiàn)測(cè)試剛性基座12的水平調(diào)節(jié)，設(shè)置三個(gè)均布方案最佳，根據(jù)實(shí)際情況數(shù)量可以增加。

具有萬(wàn)向球軸承16、大量程多維力傳感器17的柔性支撐模塊實(shí)現(xiàn)90%以上重力的承載以及測(cè)試過(guò)程中兩個(gè)軸向轉(zhuǎn)矩的測(cè)量，具有小量程高精度傳感器14、升降調(diào)節(jié)支撐15的力矩測(cè)量模塊實(shí)現(xiàn)不平衡力矩的測(cè)量，承重平臺(tái)13用于與測(cè)試產(chǎn)品相連。

所述萬(wàn)向球軸承16由一個(gè)大的承載球和裝在一個(gè)半球形杯殼中的多個(gè)小球組成，具有承載能力大、摩擦系數(shù)小的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試平臺(tái)的柔性支撐，所述承重平臺(tái)13與萬(wàn)向球軸承16的半球?qū)χ邪惭b，所述大量程多維力傳感器17具有稱重及兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸方向力矩測(cè)量，承受測(cè)試產(chǎn)品及測(cè)試平臺(tái)的絕大部分重力。

基于多維力的質(zhì)心測(cè)試系統(tǒng)還包括三個(gè)支撐模塊18，沿四周均布于所述承重平臺(tái)13下方。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于多維力的質(zhì)心測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試方法的步驟流程圖。參照?qǐng)D3，基于多維力的質(zhì)心測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試方法包括：

S31、通過(guò)升降調(diào)節(jié)支撐調(diào)節(jié)承重平臺(tái)的水平度；

S32、利用小量程高精度傳感器測(cè)量所述升降調(diào)節(jié)支撐在承重平臺(tái)上的支撐點(diǎn)處的壓力，并通過(guò)壓力測(cè)量獲得質(zhì)心偏心力矩；

S33、通過(guò)大量程多維力傳感器對(duì)測(cè)量產(chǎn)品進(jìn)行稱重測(cè)量以及對(duì)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸方向進(jìn)行力矩測(cè)量獲得由萬(wàn)向球軸承產(chǎn)生的靜摩擦力力矩；

S34、通過(guò)計(jì)算質(zhì)心偏心力矩以及靜摩擦力力矩之和獲得的總力矩，以及小量程高精度傳感器測(cè)量的壓力和大量程多維力傳感器對(duì)測(cè)量產(chǎn)品進(jìn)行稱重獲得測(cè)量產(chǎn)品的總重，計(jì)算獲得質(zhì)心位置。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變形而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。