[發明專利]航天器虛擬正弦振動試驗方法

有效

• 申請號: 201110406694.5
• 申請日: 2011-12-09
• 公開（公告）號: CN102567575A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 劉闖;向樹紅;馮咬齊
• 申請（專利權）人: 北京衛星環境工程研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種航天器虛擬正弦振動的試驗方法，該方法可直接應用于航天器的振動試驗技術領域。

背景技術

衛星等航天器在發射過程中要經歷嚴酷的振動環境載荷，為確保航天器在發射過程中不被振動載荷破壞，在研制過程中必須在地面進行振動環境試驗，來考核產品的結構強度，采用振動臺模擬振動環境是目前常用的方法。在產品設計階段都會通過數值計算的方法進行振動環境試驗的仿真分析，特別是采用大質量法或強迫運動激勵法，但這些開環仿真方法的分析結果往往與振動試驗結果有很大的差距。分析其中原因，除了建立的分析模型與實際產品有差別外，仿真分析的方法上也存在與振動試驗方法不同，主要體現在目前的分析方法基本上不考慮振動臺系統對產品振動試驗的耦合影響，不考慮振動控制系統閉環控制的影響，所以兩者的差距較大。為此，設計一種能夠更貼近實際情況的航天器虛擬正弦振動的試驗方法對于振動仿真來說非要必要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種航天器虛擬正弦振動試驗方法，該方法是一種考慮真實正弦振動試驗中各種機電環節和試驗系統閉環控制的仿真計算方法，改進了傳統仿真方法的計算結果。

一種航天器虛擬正弦振動試驗方法，包括以下步驟：

1)模擬模型的構建步驟

通過msc.nastran軟件建立振動臺、航天器、夾具的有限元模型，通過matlab軟件建立功率放大系統、加速度傳感器、濾波及放大電路系統的仿真模型。

2)虛擬正弦振動試驗的參數設置步驟

虛擬正弦振動試驗的參數包括：試驗起始頻率、試驗截止頻率、試驗量級條件(試驗控制點的加速度數值隨試驗頻率的變化曲線)、試驗掃描速率、頻率采樣間隔時間、試驗壓縮比、及選定的模擬模型上的試驗控制點和試驗響應點；

3)傳遞函數計算步驟

在msc.nastran中將振動臺、航天器、夾具的有限元模型組合成為整體分析模型，計算單位力(1牛頓)的輸入情況下，試驗控制點和試驗響應點頻域分析的加速度結果，將加速度結果除以單位力，得到試驗控制點和試驗響應點的相對于力的傳遞函數；

利用matlab軟件計算功率放大系統、加速度傳感器、濾波及放大電路系統的傳遞函數，其中功率放大系統的傳遞函數的輸入參數為控制電壓，輸出參數為驅動電流；加速度傳感器系統的傳遞函數的輸入參數為加速度響應，輸出參數為電荷；濾波及放大電路系統的傳遞函數的輸入參數為電荷，輸出參數為電荷(該傳遞函數可以取為1)；以及利用F＝BIL(B為振動臺的磁場強度，L為振動臺的線圈長度，I為驅動電流)函數關系進而得到功率放大系統的驅動電流與振動臺的驅動力之間的傳遞函數；

將上述得到的所有傳遞函數相乘，得到功放系統的驅動信號和試驗控制點、試驗響應點之間的總傳遞函數。

4)試驗驅動信號生成步驟

設試驗起始頻率為f₀，試驗要求的試驗控制點響應量級(對應于試驗量級條件中起始頻率對應的加速度值)為a_T，試驗壓縮比為α，驅動初始信號電壓為U₀，試驗系統在f₀頻率下的總傳遞函數為H(f₀)，則在驅動初始信號電壓U₀的作用下，系統的響應加速為：

a₀＝H(f₀)U₀..........................................(10)

計算該響應與目標的響應差

Δa₀＝a_T-a₀...........................................(11)

下一迭代步的加速度響應為

a₁＝a₀+αΔa₀..........................................(12)

驅動電壓為

U₁＝a₁/H(f₀).........................................(13)

以后的迭代重復計算公式11-公式13，即：

Δa_n＝a_T-a_n