[發明專利]用于扭擺系統的沖量測量誤差評定方法

有效

• 申請號: 201611048597.2
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN107843389B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 金星;周偉靜;常浩;葉繼飛;文明
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊航天工程大學
• 主分類號: G01L25/00
• 分類號: G01L25/00;G01L5/00
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 陳超

本發明公開了一種用于扭擺系統的沖量測量誤差評定方法，實現脈沖沖量測量的誤差精確評定。該方法將沖量測量誤差分為沖量模型誤差和沖量噪聲誤差。沖量模型誤差由采用沖量瞬間作用模型計算沖量引起，與阻尼比和脈沖力作用時間與系統固有周期的比值有關；沖量噪聲誤差影響因素較多，利用瞬間作用模型計算的沖量值和根據系統參數估計的沖量值統計獲得；將沖量模型誤差和沖量噪聲誤差合成即為沖量測量誤差。本發明充分利用二階扭擺測量系統的參數信息，結合最小二乘法等數據處理方法，精確評定二階扭擺測量系統的脈沖沖量測量誤差。

技術領域

本發明涉及航天器微推進領域的沖量測量技術。

背景技術

沖量是微推力器的重要推進性能指標，對工況參數選擇、工況優選、推力器設計都有很強的工程指導意義。微小沖量測量通常采用扭擺二階振動結構測量。脈沖力通常作用時間較短，脈沖力的沖量瞬間作用在測量系統上，將沖量的測量轉化為對測量系統振幅的測量，認為沖量與測量系統的最大振幅成線性關系。這種簡化會引入誤差。同時，微小沖量測量具有很大的挑戰性，易受影響，測量噪聲包括測量環境、位移傳感器、沖量加載沖擊等。因此，如何正確評定微小沖量測量誤差是亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于：針對微小沖量測量誤差的評定問題，提出用于扭擺系統的沖量測量誤差評定方法。將脈沖沖量測量誤差分為沖量模型誤差和沖量噪聲誤差，根據力作用時間與測量系統周期的比值以及阻尼比確定沖量模型誤差，基于瞬間作用模型，根據最小二乘法確定沖量噪聲誤差。

具體技術方案為：

沖量測量誤差由沖量模型誤差和沖量噪聲誤差合成得到，其步驟為：

第一步，根據力作用時間與測量系統周期的比值以及阻尼比，計算沖量瞬間作用模型的沖量模型相對誤差ε_M：

第二步，根據沖量瞬間作用模型，計算沖量S的估計值和方差得到沖量噪聲相對誤差為ε_N；

第三步，沖量測量相對誤差為ε＝ε_M+ε_N，沖量測量絕對誤差為

上述步驟一中，沖量模型的相對誤差ε_M為：

式中，i＝0,1,2,...，ζ為系統阻尼比，ω_d為系統有阻尼固有角頻率，T_d為系統有阻尼固有周期，T₀為脈沖力作用時間。

上述步驟二中，根據實際系統響應測量值Θ(t_i)(i＝1,2,…,n)，沖量采用最小二乘法可表示為

式中，和為振動頻率ω_d、阻尼比ζ和轉動慣量J等系統參數通過標定得到的估計值，為通過千分尺測量和統計計算得到的力臂估計值。

沖量估計值的方差為

根據估計值和方差給定概率1-α的置信區間為

上述步驟三中，沖量測量相對誤差為沖量測量誤差ΔS為

與現有技術項目，采用本發明可以達到以下技術效果：

1.本發明具有較好的通用性，適用于類似扭擺系統的二階振動測量系統的沖量測量誤差評定；

2.本發明實施方便，充分利用測量系統的標定信息，基于最小二乘理論，容易求解測量誤差。

附圖說明

圖1為本發明的實施步驟圖；

圖2為沖量瞬間作用模型相對誤差ε_M隨著k_t的變化；