[發(fā)明專利]一種航天器機(jī)電產(chǎn)品的組件模態(tài)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010628832.3
• 申請(qǐng)日: 2020-07-01
• 公開（公告）號(hào): CN111879400B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田利梅;王英廣;魯明;胡躍偉;張激揚(yáng);李剛;卿濤;趙維珩;宿諾;薛冰;楊澤琨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號(hào): G01H17/00
• 分類號(hào): G01H17/00
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

本發(fā)明涉及一種航天器機(jī)電產(chǎn)品的組件模態(tài)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)及方法，組件為陀螺的高速轉(zhuǎn)子、控制力矩陀螺的高速轉(zhuǎn)子或飛輪的轉(zhuǎn)子，模態(tài)參數(shù)包括頻率、振型和阻尼，屬于小質(zhì)量機(jī)械零組件模態(tài)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。采用MEMS加速度計(jì)進(jìn)行小質(zhì)量組件如陀螺高速轉(zhuǎn)子的模態(tài)測(cè)量，降低傳感器重量對(duì)被測(cè)轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布的影響，提高轉(zhuǎn)子模態(tài)測(cè)量精度。使用示波器代替?zhèn)鹘y(tǒng)加速度計(jì)的前置器和分析軟件，利用簡(jiǎn)單運(yùn)算實(shí)現(xiàn)獲得模態(tài)頻率、模態(tài)振型和模態(tài)阻尼，大大降低了模態(tài)測(cè)量成本。可應(yīng)用于控制力矩陀螺、飛輪、二浮陀螺、三浮陀螺等產(chǎn)品的轉(zhuǎn)子等組件模態(tài)參數(shù)的精確測(cè)量。本發(fā)明亦可應(yīng)用于高速電機(jī)轉(zhuǎn)子的模態(tài)測(cè)量，市場(chǎng)前景廣闊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種航天器機(jī)電產(chǎn)品的組件模態(tài)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)及方法，組件為陀螺的高速轉(zhuǎn)子、控制力矩陀螺的高速轉(zhuǎn)子或飛輪的轉(zhuǎn)子，模態(tài)參數(shù)包括頻率、振型和阻尼，屬于小質(zhì)量機(jī)械零組件模態(tài)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

高速轉(zhuǎn)子是航天器慣性執(zhí)行機(jī)構(gòu)、三浮陀螺、二浮陀螺等產(chǎn)品的核心部件。其模態(tài)設(shè)計(jì)影響整機(jī)穩(wěn)定性和運(yùn)行精度，而模態(tài)特性(頻率、振型和阻尼)測(cè)量是驗(yàn)證模態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性并進(jìn)行設(shè)計(jì)迭代的重要手段。

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)模態(tài)是重要設(shè)計(jì)要素，組件模態(tài)分析是整機(jī)模態(tài)分析的基礎(chǔ)與核心之一，組件模態(tài)參數(shù)的獲知精度直接影響整機(jī)模態(tài)分析的準(zhǔn)確度。而小質(zhì)量組件模態(tài)測(cè)量與實(shí)現(xiàn)更難。

CMG、陀螺等由多個(gè)零組件裝配在一起，多零組件連接建模誤差、零部件加工及裝配誤差均會(huì)給整機(jī)模態(tài)的高精度有限元分析帶來困難，在大部分情況下，單純的有限元分析對(duì)模態(tài)參數(shù)獲取僅具有定性作用，這就需要對(duì)模態(tài)參數(shù)的進(jìn)行精確測(cè)試。而測(cè)得的模態(tài)參數(shù)又可給設(shè)計(jì)分析提供反饋，用以修正有限元分析模型。

機(jī)械振動(dòng)測(cè)試主要采用接觸式加速度計(jì)來實(shí)現(xiàn)，測(cè)試傳感器固定在被測(cè)件上。目前可獲得的振動(dòng)傳感器一般為壓電式或電荷式的，重量在10克以上，傳感器自身質(zhì)量會(huì)改變被測(cè)件結(jié)構(gòu)，對(duì)測(cè)試精度有較大影響。另外，此類高精度振動(dòng)傳感器需要外配電荷放大器及高速數(shù)據(jù)采集器，成本極高，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。

急需實(shí)現(xiàn)一種對(duì)被測(cè)組件質(zhì)量分布影響小(特別對(duì)于小質(zhì)量組件)，且檢測(cè)精度高，重量輕，量程高且便于實(shí)現(xiàn)的高精度組件模態(tài)參數(shù)測(cè)量方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種航天器機(jī)電產(chǎn)品的組件模態(tài)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種航天器機(jī)電產(chǎn)品的組件模態(tài)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，該測(cè)量系統(tǒng)包括振動(dòng)檢測(cè)模塊、信號(hào)處理模塊、模態(tài)振型分析模塊和模態(tài)阻尼分析模塊；

所述的振動(dòng)檢測(cè)模塊為基于加速度芯片的PCB式微型振動(dòng)測(cè)量模塊，包括加速度芯片、濾波模塊和PCB板，加速度芯片、濾波模塊固定在PCB板上，加速度芯片選擇具有體積重量小、帶寬高、量程寬的MEMS加速度芯片，以CMG轉(zhuǎn)子為例，所述振動(dòng)檢測(cè)模塊通過粘連方式固定在被測(cè)轉(zhuǎn)子上，粘貼位置為軸承支承點(diǎn)(兩個(gè))和由Ansys預(yù)分析確定的轉(zhuǎn)子模態(tài)振型的節(jié)點(diǎn)、最大值點(diǎn)等，用棉線(或柔軟細(xì)線)懸掛固定CMG轉(zhuǎn)子，固定點(diǎn)為轉(zhuǎn)子模態(tài)振型的節(jié)點(diǎn)；

當(dāng)用模態(tài)錘敲擊CMG轉(zhuǎn)子端部(振型最大值點(diǎn)處)時(shí)，位于粘貼點(diǎn)的振動(dòng)檢測(cè)模塊中的加速度芯片敏感到振動(dòng)后將振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)后輸出給濾波模塊，濾波模塊對(duì)接收到的電壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理輸出濾波后的電壓信號(hào)給信號(hào)處理模塊；

所述的信號(hào)處理模塊用于接收振動(dòng)檢測(cè)模塊輸出的濾波后的電壓信號(hào)，并對(duì)接收到的濾波后的電壓信號(hào)進(jìn)行FFT分析，得到濾波后的電壓信號(hào)峰值頻率和對(duì)應(yīng)幅值，并將得到的濾波后的電壓信號(hào)峰值頻率和對(duì)應(yīng)幅值輸出給模態(tài)振型分析模塊和模態(tài)阻尼分析模塊中；

所述的模態(tài)振型分析模塊用于接收信號(hào)處理模塊發(fā)送的濾波后的電壓信號(hào)峰值頻率和對(duì)應(yīng)幅值，并根據(jù)接收到的不同粘貼點(diǎn)的在同一時(shí)刻的峰值頻率的幅值進(jìn)行描點(diǎn)和三次樣條插值計(jì)算，得到轉(zhuǎn)子模態(tài)振型；