[發(fā)明專利]一種基于Matlab/Simulink的靜電懸浮加速度計落塔實驗仿真系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN113219819B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發(fā)明（設計）人: 敏健;王佐磊;雷軍剛;李云鵬;席東學;陶文澤;張小青;徐恒通;楊世佳
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 北京之于行知識產(chǎn)權代理有限公司 11767
• 代理人: 呂曉蓉

本申請涉及測量仿真技術領域，具體而言，涉及一種基于Matlab/Simulink的靜電懸浮加速度計落塔實驗仿真系統(tǒng)，包括外界輸入加速度轉換模塊、位移轉換模塊、碰撞仿真模塊、位移檢測模塊、量程切換模塊、反饋控制模塊以及物理反饋模塊，其中：外界輸入加速度轉換模塊分別與位移轉換模塊、碰撞仿真模塊以及物理反饋模塊連接；位移檢測模塊分別與位移轉換模塊、碰撞仿真模塊、量程切換模塊、反饋控制模塊以及物理反饋模塊連接；量程切換模塊還與反饋控制模塊以及物理反饋模塊連接；反饋控制模塊還與物理反饋模塊連接。本發(fā)明對靜電懸浮加速度計的落塔實驗進行全流程仿真，大幅減小落塔實驗失敗風險，確保落塔實驗成功，保證落塔實驗數(shù)據(jù)的準確性。

技術領域

本申請涉及測量仿真技術領域，具體而言，涉及一種基于Matlab/Simulink的靜電懸浮加速度計落塔實驗仿真系統(tǒng)。

背景技術

靜電懸浮加速度計是一種高精度加速度測量設備，具有測量精度高、測量頻帶低的特點，非常適合對準穩(wěn)態(tài)微小加速度進行精密測量，因此，其在衛(wèi)星非保守力測量、精密定軌、自主導航、衛(wèi)星無拖曳控制等領域有重要用途。另外，通過不同軸向靜電懸浮加速度計的組合，可以對地球重力場進行精確測量，反演出更高精度的地球重力場模型，在導航及軍事領域具有重大意義，并且結合激光干涉測距和微推進技術，靜電懸浮加速度計相關技術還應用于引力波探測等空間極高精度科學實驗中。

靜電懸浮加速度計的測量精度高，量程范圍窄，在地面實驗室中需要通過高壓懸浮的方法，在穩(wěn)定的試驗平臺上，對其敏感軸進行性能測試。然而，施加高壓的方向(X軸向)無法進行性能測試，為了確保靜電懸浮加速度計在軌各個軸向的性能滿足使用要求，必須通過特殊試驗手段驗證X軸向的性能。一種可行的方法就是利用微重力落塔進行地面自由落體試驗，在靜電懸浮加速度計處于自由落體的時間段內，對X軸向的控制及測量能力做出測試，同時驗證三個軸向的控制及測量性能。

落塔試驗的準備周期長(至少半天時間)，試驗時間短(約3秒)，單次試驗的成本較高，試驗失敗的風險較大，為了確保在最少的試驗次數(shù)內完成對靜電懸浮加速度計三個軸向的完整測試，需要在試驗之前對實驗過程進行精確仿真，確保實驗過程中落艙、靜電懸浮加速度計等設備的參數(shù)設置合理，能夠在3.5秒左右的下落時段內對靜電懸浮加速度計各個軸向進行完整的性能測試，包括捕獲能力及控制穩(wěn)定性、控制精度等。

發(fā)明內容

針對背景技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于Matlab/Simulink的靜電懸浮加速度計落塔實驗仿真系統(tǒng)，對靜電懸浮加速度計的落塔實驗進行全流程仿真，大幅減小落塔實驗失敗風險，確保落塔實驗成功，保證落塔實驗數(shù)據(jù)的準確性。

本申請?zhí)峁┑幕贛atlab/Simulink的靜電懸浮加速度計落塔實驗仿真系統(tǒng)，包括外界輸入加速度轉換模塊、位移轉換模塊、碰撞仿真模塊、位移檢測模塊、量程切換模塊、反饋控制模塊以及物理反饋模塊，其中：外界輸入加速度轉換模塊分別與位移轉換模塊、碰撞仿真模塊以及物理反饋模塊連接；位移檢測模塊分別與位移轉換模塊、碰撞仿真模塊、量程切換模塊、反饋控制模塊以及物理反饋模塊連接；量程切換模塊還與反饋控制模塊以及物理反饋模塊連接；反饋控制模塊還與物理反饋模塊連接。

進一步的，外界輸入加速度轉換模塊包括空氣阻力模塊、擾動力仿真模塊以及重力仿真模塊。

進一步的，空氣阻力模塊、擾動力仿真模塊以及重力仿真模塊均與控制轉換器連接，并通過控制轉換器與其他模塊連接。

進一步的，空氣阻力模塊包括艙內壓強變化模塊、艙體結構參數(shù)模塊、溫度仿真模塊以及艙體速度監(jiān)測模塊。

進一步的，反饋控制模塊包括PID控制算法模塊以及驅動放大電路模塊。

本發(fā)明提供的一種基于Matlab/Simulink的靜電懸浮加速度計落塔實驗仿真系統(tǒng)，具有以下有益效果：