[發明專利]反作用飛輪輸出力矩測量電路及其測量方法

無效

• 申請號: 201110120115.0
• 申請日: 2011-05-10
• 公開（公告）號: CN102288340A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 李化義;張迎春;李冬柏;耿云海;李璟璟
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01L3/00
• 分類號: G01L3/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

技術領域

本發明涉及反作用飛輪輸出力矩測量領域。

背景技術

反作用飛輪是小衛星，尤其是高精度三軸穩定小衛星普遍采用的控制部件，通過不同的輸入電壓輸入得到不同的輸出力矩，它具有控制精度高、壽命長、連續控制等特點。采用了反作用飛輪的衛星在進行電測時，尤其在進行姿態控制系統閉環測試或者模飛測試時，需要精確測量反作用飛輪的輸出力矩，用于閉環測試的動力學模型計算。國內常用的反作用飛輪一般輸出轉速和轉速方向信號，轉速采用單位時間內的脈沖數表示，為TTL電平的方波信號，轉速方向采用TTL電平信號表示(比如高電平表示正轉，低電平表示反轉)。反作用飛輪的轉速不太高，每分鐘最大不超過幾千轉，每轉采用特定個數(比如18個)脈沖表示。

在衛星姿態控制系統閉環測試時，需要實時、精確測量反作用飛輪輸出力矩，實時是指在一次動力學計算步長(幾十毫秒)內至少提供一次測量數據。如果采用脈沖計數法，假設飛輪轉速信號頻率小于2000Hz，動力學計算步長50ms，那么一個計算步長內的轉速脈沖個數為小于100，由于計數為整數，計數誤差為1，輸出力矩的計算誤差至少為1％，反作用飛輪轉速越低誤差越大，不能滿足使用要求。如果采用測量脈沖周期的方法，一次周期測量的誤差一般要十幾微秒(由處理器的中斷時間決定)，對于2000Hz的信號來說，輸出力矩的計算最大誤差接近2％(10μs/500μs)。且一個動力學計算步長內有多個脈沖，選擇哪個脈沖計算該時間內的轉速最合適，能夠提高反作用飛輪輸出力矩的精度，從而滿足衛星測試使用要求，成為現在的一個研究方向。

發明內容

本發明的目的是解決衛星姿態控制系統動態測試時動力學模型計算過程中反作用飛輪輸出力矩測量的問題，提供一種反作用飛輪輸出力矩測量電路及其測量方法。

本發明反作用飛輪輸出力矩測量電路包括微處理器、通信接口、計數器、晶振和整形模塊；微處理器的第一輸入輸出端與通信接口的第一輸出輸入端連接，通信接口的第二輸入輸出端為動力學計算模塊的信號輸入輸出端，微處理器的第二輸入輸出端與計數器的輸出輸入端連接，微處理器的第三輸入端與整形模塊的輸出端連接，整形模塊的輸入端為飛輪轉速脈沖信號輸入端，微處理器的第四輸入端為微處理器的飛輪轉速方向信號輸入端，微處理器的第五輸入端為微處理器的50ms脈沖信號輸入端，計數器的輸入端與晶振的輸出端連接。

反作用飛輪輸出力矩測量方法如下：

微處理器初始化，設置微處理器的飛輪轉速脈沖信號輸入端的中斷口的中斷觸發方式為上升沿或者下降沿觸發方式，即單個邊沿觸發，設置微處理器的50ms脈沖信號輸入端的中斷口的中斷觸發方式為上升沿觸發；微處理器定義飛輪轉速脈沖中斷計數變量count并清零；設置微處理器內部定時器，定時精度1ms，啟動定時；

計數器初始化，設置計數器3的計數增加1代表1μs，啟動計數器計數；初始化50ms中斷更新標志flag＝0；

設置50ms脈沖中斷處理程序的優先級高于飛輪轉速脈沖中斷處理程序的優先級；

50ms脈沖中斷處理程序為：

記錄微處理器內部定時器當前計數值T50，設置50ms中斷更新標志flag＝1，退出50ms脈沖中斷處理程序；

飛輪轉速脈沖中斷處理程序為：

步驟一：飛輪轉速脈沖中斷計數變量count值加1，讀取飛輪轉速方向信號Direct，若50ms中斷更新標志flag＝1，則進行步驟二，否則退出飛輪轉速脈沖中斷處理程序；

步驟二：讀取微處理器內部定時器當前計數值Tflag，計算當前計算周期內的反作用飛輪轉速：

若Tflag-T50＞25ms，則當前計算周期內的反作用飛輪轉速ω＝0，否則讀取并記錄計數器的數值T3，按下述公式計算當前計算周期內的反作用飛輪轉速：

t＝T3_k-T3_k-1，其中下標k代表當前計算周期，k-1代表上一計算周期，