一种动量轮自动化测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种动量轮测试装置及测试方法，测试装置包括支架、轴承、旋转平台、预紧限位装置、安装转接板、压电加速度计、处理线路。旋转平台，通过轴承连接到支架，随轴承在限位角度范围内旋转，旋转平台上端开有矩形槽；预紧限位装置固定于支架的竖直部，具有两个凸出的矩形齿，两个凸出的矩形齿设置在矩形槽内限制旋转平台的旋转范围；被测动量轮的壳体安装在安装转接板上，当轮体加速转动时，由于反作用力矩，壳体会带动自由旋转平台作反向旋转，导致压电加速度计与预紧限位装置的矩形齿触碰，该压电加速度计给出电信号，反映轮体的加速方向。本发明专利技术采用一套装置同时实现了动量轮的极性测试和闭路测试，减小了拆装次数，简化了测试流程。

【技术实现步骤摘要】
一种动量轮自动化测试装置及测试方法
本专利技术涉及一种动量轮测试装置及测试方法，尤其适用于动量轮的极性测试以及在卫星控制分系统的闭路测试。
技术介绍
动量轮是航天器上最常用的执行机构之一，是实现航天器姿态闭环控制的重要环节。在航天器控制系统的地面电气测试中，动量轮需要长时间接入系统进行开路和闭路测试。动量轮的开路测试主要是极性测试，闭路测试则是接入闭环系统连续工作。在以往的控制系统地面测试中，动量轮的极性测试和闭路测试需利用不同的试验装置分别实现。闭路测试时，动量轮安装在专门设计的安装支架(地面工装)上，确保动量轮的转轴方向与水平面平行，将动量轮壳体直接固定在支架上，动量轮壳体不能旋转。极性测试时，则是将动量轮垂直安装在专门设计的试验台上，如图1所示。极性测试时，需多人配合，一人从上位机发加减速指令，另一人近距离观察动量轮外壳的转动方向。上述传统测试方法和装置存在4个方面的不足：1)闭路测试和极性测试需要用不同的装置分别实现，在系统测试时需多次拆装；2)极性测试过程繁琐，需多人配合；且由于电缆的限制，加减速过程必须很短，确保转角很小，由此导致很难观察壳体的转动方向，容易误判；3)极性测试时，由于壳体带着电缆转动，必须严格限定转角范围，存在很大的安全隐患；4)闭路测试用的安装支架只起地面工装的作用，不能提供动量轮转动状态等辅助信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种动量轮自动化测试装置。本专利技术目的通过如下技术方案予以实现：一种动量轮自动化测试装置，包括支架、轴承、旋转平台、预紧限位装置、安装转接板、加速度计、处理线路；支架，具有水平部和竖直部，所述水平部用于平稳支撑测试装置；旋转平台，通过轴承连接到支架的竖直部，随轴承在限位角度范围内旋转，旋转平台上端开有矩形槽；预紧限位装置：固定于支架的竖直部，具有两个凸出的矩形齿，两个凸出的矩形齿设置在矩形槽内限制旋转平台的旋转范围；安装转接板，将被测动量轮的壳体固定在旋转平台上；压电加速度计：安装于旋转平台矩形槽内左右边缘，采集预紧限位装置矩形齿和旋转平台矩形槽边缘之间的压力，将压力转化为电压信号输出给处理线路；处理线路，接收加速度计输出的电压信号，并通过以太网通信电路发送给上位机。所述轴承的内圈固连于支架上，外圈固连于旋转平台。两个凸出的矩形齿之间的距离通过第一电机调节，两个凸出的矩形齿上下移动的距离通过第二电机控制；处理线路根据上位机发送的控制指令控制第一电机及第二电机。所述处理线路包括采集电路、电机控制电路、处理器及以太网通信电路；其中采集电路负责采集加速度计的电压信号，并送给处理器处理；电机控制电路控制并驱动第一和第二电机；处理器将采集电路采集的电压信号通过以太网通信电路发送给上位机，并将上位机通过以太网发来的电机控制指令发送给电机控制电路。上位机根据压力信号绘制压力曲线，与动量轮轮体的驱动曲线进行对比，判断动量轮轮体的转动是否正确。同时提供一种基于所述动量轮自动化测试装置的测试的方法，包括如下步骤：(1)将被测动量轮的壳体安装在安装转接板上；(2)上位机发送控制指令控制第一电机，调节两个凸出的矩形齿间距离L1，使该距离L1为3cm；控制第二电机，调节矩形齿底部距离凹槽底部的距离L2，使该距离L2为1cm；(3)进行动量轮极性测试，向动量轮轮体施加力矩；观测动量轮轮体旋转的旋转方向，判断动量轮轮体的转动方向是否与施加力矩匹配，判断动量轮轮体的转动是否正确；(4)上位机发送控制指令控制第一电机及第二电机，使得L1变大，L2变小，距离L1为4.4cm；距离L2为0.4cm；矩形齿与槽基本处于贴合状态，有小量的活动间隙；(5)进行动量轮闭路测试，通过上位机采集的动量轮状态曲线判断动量轮的状态变换，与动量轮轮体自身转速测量系统输出的状态曲线对比，判断动量轮轮体自身转速测量系统测量测量的状态是否正确步骤(5)中所述的动量轮轮体的状态包括：启动状态、滑行状态、停止状态、正向加速、正向减速、反向加速、反向减速。其中动量轮轮体旋转时，由于反作用力矩，动量轮壳体与动量轮轮体相反的方向旋转。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)本专利技术由一套装置实现了动量轮的极性测试和闭路测试，减小了拆装次数，克服了现有动量轮装置无法同时用于极性测试和闭路测试技术的不足，简化了测试流程。(2)本专利技术装置可以自动给出动量轮极性测试结果，极性测试自动实现，直接给出结果，无需人工观察和分析；克服现有极性测试过程中需要人工观察、人工限位的缺陷，使测试过程中的限位调节更加精确可靠。(3)本专利技术装置极性测试时转角范围由软件和限位装置双重保障，极大提高了试验的安全性；闭路测试时，可提供动量轮转动状态，如加速、减速、停止信息，提高了测试的便利性。附图说明图1为现有的动量轮极性测试装置；图2为本专利技术动量轮测试装置结构侧视图；图3为本专利技术动量轮测试装置结构主视图；图4为本专利技术处理线路示意图；图5为本专利技术极性测试示意图；图6为本专利技术闭路测试示意图；具体实施方式极性测试的主要目的是判断力矩电压的正、负和轮体转动的方向是否对应。给动量轮轮体施加正或负的力矩电压后，需要测得动量轮轮体的实际转动方向，以判断电压与转速方向是否对应。动量轮轮体被密闭的安装于壳体内部，无法直接看到轮体的转动方向，需要通过别的途径来获得。闭路测试主要目的是对动量轮自身具有的转速测量系统测量数据进行定性的验证。在实际使用中，动量轮轮体设定到目标转速，给卫星提供角动量，给动量轮加一定的力矩电压，将动量轮转速调至目标转速，动力学系统采集该转速，从而计算出卫星的角动量，引入控制计算，而现有的测试方式并不验证转速测量系统测量结果是否准确，存在一定的隐患。如图2、3所示，本专利技术装置由支架1、轴承2、自由旋转平台3、预紧限位装置6、安装转接板4、压电加速度计5、处理线路8、上位机9组成，各部分功能与参数详述如下。1)支架1：采用全钢板材料，设计为L型结构，高30cm，宽30cm，底面大小为30cm*20cm。2)轴承2：内圈固连于支架上，轴承圆心距离底面20cm。外圈固连于自由旋转平台，轴承最外圈半径r＝10cm。3)自由旋转平台3：内连于轴承2外圈，可随轴承2在限位角度范围内旋转，自由旋转平台上端开矩形槽，槽深1.5cm，槽宽L＝5cm，该槽连接预紧限位装置6，由于预紧限位装置6的矩形可调齿宽为L1＝3cm～4.48cm，矩形齿13与矩形槽之间的自由缝隙为d＝L-L1＝2cm～0.52cm，所以自由旋转平台的可自由旋转角度为：β＝2*arcsin(d/2/r)＝3deg～11deg。4)预紧限位装置6：固连于支架1面板上，下边凸出两个矩形齿13，两个矩形齿之间的距离通过电机11控制，总齿宽范围为：3cm～4.48cm，与自由旋转平台3的矩形槽实现松咬合。电机12控制预紧限位装置的上下位移，通过该装置的上下位移实现自由旋转平台的锁死或活动。5)安装转接板4：用于固连动量轮与自由旋转平台，圆形结构，直径5cm。与动量轮安装对应的位置开螺纹孔，通过4个螺钉与动量轮7连接，然后通过另外4个螺钉与自由旋转平台3连接。6)压电加速度计5：安装于自由旋转平台槽内边缘，左右边缘各安装一个，采集预紧限位装置凸齿13和自由旋转平台槽内边缘之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动量轮自动化测试装置，其特征在于：包括支架(1)、轴承(2)、旋转平台(3)、预紧限位装置(6)、安装转接板(4)、压电加速度计(5)、处理线路(8)；支架(1)，具有水平部和竖直部，所述水平部用于平稳支撑测试装置；旋转平台(3)，通过轴承(2)连接到支架(1)的竖直部，随轴承(2)在限位角度范围内旋转，旋转平台(3)上端开有矩形槽；预紧限位装置(6)：固定于支架(1)的竖直部，具有两个凸出的矩形齿(13)，两个凸出的矩形齿(13)设置在矩形槽内限制旋转平台(3)的旋转范围；安装转接板(4)，将被测动量轮的壳体(7)固定在旋转平台(3)上；压电加速度计(5)：安装于旋转平台(3)矩形槽内左右边缘，采集预紧限位装置(6)矩形齿(13)和旋转平台矩形槽边缘之间的压力，将压力转化为电压信号输出给处理线路(8)；处理线路(8)，接收压电加速度计(5)输出的电压信号，并通过以太网通信电路发送给上位机(9)。

【技术特征摘要】
1.一种动量轮自动化测试装置，其特征在于：包括支架(1)、轴承(2)、旋转平台(3)、预紧限位装置(6)、安装转接板(4)、压电加速度计(5)和处理线路(8)；支架(1)，具有水平部和竖直部，所述水平部用于平稳支撑测试装置；旋转平台(3)，通过轴承(2)连接到支架(1)的竖直部，随轴承(2)在限位角度范围内旋转，旋转平台(3)上端开有矩形槽；预紧限位装置(6)：固定于支架(1)的竖直部，具有两个凸出的矩形齿(13)，两个凸出的矩形齿(13)设置在矩形槽内限制旋转平台(3)的旋转范围；安装转接板(4)，将被测动量轮的壳体(7)固定在旋转平台(3)上；压电加速度计(5)：安装于旋转平台(3)矩形槽内左右边缘，采集预紧限位装置(6)矩形齿(13)和旋转平台矩形槽边缘之间的压力，将压力转化为电压信号输出给处理线路(8)；处理线路(8)，接收压电加速度计(5)输出的电压信号，并通过以太网通信电路发送给上位机(9)。2.根据权利要求1所述装置，其特征在于所述轴承(2)的内圈固连于支架(1)上，外圈固连于旋转平台(3)。3.根据权利要求1所述装置，其特征在于：预紧限位装置(6)还包括第一电机(11)和第二电机(12)，两个凸出的矩形齿之间的距离通过第一电机(11)调节，两个凸出的矩形齿上下移动的距离通过第二电机(12)控制；处理线路根据上位机发送的控制指令控制第一电机(11)及第二电机(12)。4.根据权利要求1所述装置，其特征在于预紧限位装置(6)还包括第一电机(11)和第二电机(12)；所述处理线路(8)包括采集电路、电机控制电路、处理器及以太网通信电路；其中采集电路负责采集加速度计的电压信号，并送给处理器；电机控制电路控制并驱动第一和第二电机；处理器将采集电路采集的电压信号通过以太网...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佐伟，蔡君亮，高峰，杨帆，吴小明，彭坤，尹静，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11