[發明專利]姿控發動機矢量推力測量裝置校準控制系統及方法

在審

• 申請號: 201810621113.1
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN109100083A
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 王宏亮;徐造林;李志勛;劉麗寧;趙曙;李廣會;王朋軍;趙政社;汪林;李亮
• 申請（專利權）人: 西安航天動力試驗技術研究所
• 主分類號: G01L25/00
• 分類號: G01L25/00;G01L5/00;G01M15/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

1.一種姿控發動機矢量推力測量裝置校準控制系統，其特征在于：包括控制模塊、采集模塊單元、存儲模塊、數據處理模塊和加載機構；

所述加載機構包括轉接盤、標準力傳感器和電動缸，所述標準力傳感器為單分力傳感器；所述轉接盤用于安裝連接被校準對象，所述被校準對象為六分力傳感器，所述標準力傳感器的一端與轉接盤連接，另一端與電動缸伸縮桿連接；

所述采集模塊單元包括采集模塊和放大模塊，用于采集和放大標準力傳感器和六分力傳感器的測量數值；

所述控制模塊用于實現電動缸伸縮量的控制，電動缸輸出校準力給標準力傳感器，標準力傳感器通過轉接盤將校準力傳遞給六分力傳感器；

所述采集模塊單元采集的數值傳輸給存儲模塊存儲，所述存儲模塊對六分力傳感器采集到的數據進行以下形式的存儲，將六分力傳感器的輸出分量列矩陣表示：

其中，為在X方向加力時六分力傳感器的電壓輸出值；

Fx為進行X方向校準時的標準力傳感器的加載力值；

其中，為在Y方向加力時六分力傳感器的電壓輸出值；

Fy為進行Y方向校準時的標準力傳感器的加載力值；

其中，為在Z方向加力時六分力傳感器的電壓輸出值；

Fz為進行Z方向校準時的標準力傳感器的加載力值；

其中，為在Mx方向加力時六分力傳感器的電壓輸出值；

Mx為進行X方向校準時加載扭矩值，由扭矩加載的標準力傳感器輸出力值乘加載力臂長度得到；

其中，為在My方向加力時六分力傳感器的電壓輸出值；

My為進行Y方向校準時加載扭矩值，由扭矩加載的標準力傳感器輸出力值乘加載力臂長度得到；

其中，為在Mz方向加力時六分力傳感器的電壓輸出值；

Mz為進行Z方向校準時加載扭矩值，由扭矩加載的標準力傳感器輸出力值乘加載力臂長度得到；

為六分力傳感器系數矩陣；

存儲模塊將存儲的數據傳輸給數據處理模塊，數據處理模塊包括解耦模塊，解耦模塊對數據進行解耦運算，步驟如下：

步驟一、將校準方程(式1-1)～(式1-6)歸一化并寫成矩陣形式，則有：

其中：w_i1＝v_i1/F_x、w_i2＝v_i2/F_y、w_i3＝v_i3/F_z、w_i4＝v_i4/M_x、w_i5＝v_i5/M_y、w_i6＝v_i6/M_z，i＝1～6；

簡記為：

D_6×6×W_6×6＝E_6×6

其中，E_6×6為單位矩陣，D_6×6定義為系數矩陣，W_6×6定義為耦合矩陣；

步驟二、系數矩陣解耦：

對系數矩陣D_6×6進行求取逆運算，

D_6×6＝W_6×6^-1 (式1-8)

步驟三、系數矩陣修正：

用求逆運算得到的系數矩陣D_6×6替代被校準的六分力傳感器的實驗室系數矩陣，在實際發動機矢量推力測量過程中，得到傳感器的實際電壓輸出矩陣v_i1，代入下式即可得到六個方向的力值；

實際輸出電壓時，實際輸出力值表達式為：

2.根據權利要求1所述的姿控發動機矢量推力測量裝置校準控制系統，其特征在于：控制模塊通過PID控制算法對電動缸加載過程進行控制，在離設置加載目標力值差值較大時，控制電動缸以2倍額定速度運動，在離加載目標值在設定差值范圍內時，控制電動缸以0.1倍額定速度運動。

3.根據權利要求1所述的姿控發動機矢量推力測量裝置校準控制系統，其特征在于：所述采集模塊單元為高精密儀表Dmp40。

4.一種姿控發動機矢量推力測量裝置校準控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)數據采集；

采集模塊單元包括采集模塊和放大模塊，用于采集和放大標準力傳感器和六分力傳感器的測量數值；

2)對步驟1)采集到的數據進行存儲；

存儲模塊對六分力傳感器采集到的數據進行以下形式的存儲，將六分力傳感器的輸出分量列矩陣表示：

其中，為在X方向加力時六分力傳感器的電壓輸出值；

Fx為進行X方向校準時的標準力傳感器的加載力值；

其中，為在Y方向加力時六分力傳感器的電壓輸出值；

Fy為進行Y方向校準時的標準力傳感器的加載力值；

其中，為在Z方向加力時六分力傳感器的電壓輸出值；

Fz為進行Z方向校準時的標準力傳感器的加載力值；

其中，為在Mx方向加力時六分力傳感器的電壓輸出值；

Mx為進行X方向校準時加載扭矩值，由扭矩加載的標準力傳感器輸出力值乘加載力臂長度得到；

其中，為在My方向加力時六分力傳感器的電壓輸出值；

My為進行Y方向校準時加載扭矩值，由扭矩加載的標準力傳感器輸出力值乘加載力臂長度得到；

其中，為在Mz方向加力時六分力傳感器的電壓輸出值；

Mz為進行Z方向校準時加載扭矩值，由扭矩加載的標準力傳感器輸出力值乘加載力臂長度得到；

為六分力傳感器系數矩陣；

3)數據處理；

存儲模塊將存儲的數據傳輸給數據處理模塊，數據處理模塊包括解耦模塊，解耦模塊對數據進行解耦運算，步驟如下：

3.1)將校準方程(式1-1)～(式1-6)歸一化并寫成矩陣形式，則有：

其中：w_i1＝v_i1/F_x、w_i2＝v_i2/F_y、w_i3＝v_i3/F_z、w_i4＝v_i4/M_x、w_i5＝v_i5/M_y、w_i6＝v_i6/M_z，i＝1～6；

簡記為：

D_6×6×W_6×6＝E_6×6

其中，E_6×6為單位矩陣，D_6×6定義為系數矩陣，W_6×6定義為耦合(標定)矩陣；

3.2)系數矩陣解耦：

對系數矩陣D_6×6進行求取逆運算，

D_6×6＝W_6×6^-1 (式1-8)

3.3)系數矩陣修正：

用求逆運算得到的系數矩陣D_6×6替代被校準的六分力傳感器的實驗室系數矩陣，在實際發動機矢量推力測量過程中，得到傳感器的實際電壓輸出矩陣v_i1，代入下式即可得到六個方向的力值；

實際輸出電壓時，實際輸出力值表達式為：