[發明專利]一種基于動態補償技術的推力計算方法

在審

• 申請號: 201810531926.1
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108829946A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 周偉靜;常浩;葉繼飛;金星;李南雷
• 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: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F17/11
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 王惠

本申請公開了一種基于動態補償技術的推力計算方法。所述方法通過動態補償器建立等效系統，利用穩態響應均值計算推力大小。本申請給出了動態補償器的設計原則，以及基于動態補償技術的推力計算步驟。該方法不需要修改硬件或進行復雜的硬件調整，適用于所有二階振動微推力測量系統，具有很強的通用性。

技術領域

本申請涉及一種基于動態補償技術的推力計算方法，屬于航天器微推進領域的推力測量技術領域。

背景技術

隨著新型微推力器的設計、研制和應用，微推力測量技術亦備受關注。微推力測量一般分為穩態推力測量、脈沖平均推力和脈沖沖量測量，穩態推力范圍一般在幾百微牛至幾十毫牛，脈沖沖量范圍一般在幾十微牛秒至幾百微牛秒。穩態推力測量和脈沖沖量測量均采用直接測量方法，即將推力器與推力測量裝置固連，利用推力的反沖作用，將推力轉化為推力測量裝置的力學行為，如振動幅值或轉動位移，測量振幅或位移等信息可獲得推力或沖量大小。目前，多采用水平旋轉的扭擺、吊擺等基于二階振動系統的微小推力或沖量測量裝置。

對于脈沖式微推力器，脈沖沖量測量的實現相對簡單，只要力的作用時間小于欠阻尼二階測量系統振動周期的1/4，可以看做脈沖力瞬間作用于測量系統，根據響應的最大幅值即可計算脈沖沖量。對于穩態微推力器或高頻多脈沖微推力器(輸出等同于穩態推力)，只要力或多脈沖的作用時間大于欠阻尼二階測量系統允許誤差范圍的調整時間，并且維持穩態一定時間，就可以根據響應的穩態幅值計算穩態推力大小。

在機理研究階段和設計研制過程中，微推力器的推進性能需要測試跟蹤，以形成研究閉環，不斷改進和提升推進性能。目前，微推力器的研制多處于原理樣機或初樣機階段。脈沖式微推力器的單脈沖沖量測量容易實現。但是，由于攜帶推進劑受限、頻率控制技術、功率受限等原因，新型的穩態或多脈沖微推力器，單次試驗條件下，開機時長較短，在扭擺響應達到調整時間之前就需關機，無法根據穩態響應還原穩態推力。

通過增大阻尼比和固有頻率，可以減小二階測量系統的調整時間，使響應能盡快進入穩態。但是，一方面，為了能夠高精度的標定測量系統的系統參數，阻尼比最好在[0.1,0.4]范圍內；另一方面，微推力器的推重比較小，在承載較大質量推力器的基礎上，要能夠辨識微牛量級的推力，測量系統振動頻率均小于1Hz。因此，通過增大阻尼比和固有頻率的方法，很難從根本上解決減小調整時間的問題，而且在實驗操作時，需要多次調節阻尼比和轉動慣量，并多次測試后方可達到測量要求，實施繁瑣，周期長。因此，微推力器開機工作時間與測量系統調整時間的匹配問題亟待解決。

發明內容

根據本申請的一個方面，提供了一種基于動態補償技術的推力計算方法，該方法針對微推力器開機工作時間與測量系統調整時間的匹配難題，提出了補償器設計原則和補償實施步驟，可以有效改變測量系統的調整時間，形成新的等效測量系統，使得推力作用在等效測量系統上時，能夠利用穩態響應均值計算推力大小。

當微推力器穩態推力持續時間大于二階機械式直接測量系統周期的0.25倍且小于調整時間時，可通過動態補償方法建立新的等效測量系統，使得推力作用在等效測量系統上時，能夠利用穩態響應均值計算推力大小。本發明給出了動態補償器的設計原則，以及基于動態補償技術的推力計算步驟。該方法不需要修改硬件或進行復雜的硬件調整，適用于所有二階振動微推力測量系統，具有很強的通用性。

所述基于動態補償技術的推力計算方法，其特征在于，至少包括：

通過動態補償器建立等效系統，利用穩態響應均值計算推力大小。

可選地，所述動態補償器的傳遞函數H_d(s)為：

其中，ω_n′為動態補償器的無阻尼振動頻率；

ω_n為微推力測量系統的無阻尼振動頻率；

s為復變量；