CN103399166B - 一种动量轮转速采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动量轮转速采集方法，包括以下步骤：（1）确定所述动量轮中的被采集的多个敏感元件；（2）采用固定比较电平检测和滞环比较对所述敏感元件的输出信号进行采集，并按所述输出信号的周期进行存储；所述输出信号为转速脉冲信号；（3）对所述存储的输出信号进行剔野处理后，在数据更新时刻，读取最新存储的所述输出信号进行加权平均计算所述动量轮转速。采用本发明实现了对动量轮转速的高精度、快速采集。

Description

一种动量轮转速采集方法

技术领域

本发明涉及一种动量轮转速采集方法。

背景技术

动量轮是航天器上的重要执行机构。在地面测试中，模拟卫星（动力学软件）一般都是直接将动量轮组的转速变化直接转换成控制力矩，控制卫星的姿态。动量轮转速的测量和采集精度与时间延迟都将直接影响仿真程度和效果，从而影响地面测试的有效性。

原有的测试方案中采用低频计数和高频测宽两种方法：

1、低频计数方法

设计定时计数器，定时2.5s，使用该定时器对动量轮转速脉冲进行计数，每2.5s读取定时计数器的计数值。计数方法的精度太低，不能将其测量数据引入动力学模拟器进行力矩计算。以定时2.5s为例，丢失一个脉冲造成的动量轮转速误差为1rpm。而在快速采集系统（采集周期8ms）中，对动量轮施加满刻度力矩（控制力矩为10V，输出力矩约0.1Nm）,动量轮转速变化为：

0.1Nm*8ms*4600rpm/50Nms=0.0736rpm

显然，低频计数方法的精度不能满足高精度快速采集系统的测量精度要求。

2、高频测宽方法

利用逻辑电路，累计动量轮转速脉冲得到48个脉冲（2T，T为周期）或96个脉冲(4T)（通过跳线选择），然后利用5MHz的计数脉冲来测量累计脉冲的宽度。这种测量方法对采样周期为30ms、动量轮工作在4100～5100rpm间的中等精度测试系统时较为合适的。因为动量轮在30ms内能输出48个COFR脉冲，采用2T测宽法在测量精度和实时性方面均能满足测试要求。但对于采样周期为4～8ms、动量轮工作在500～5500rpm间并有稳定度要求的高精度测试系统，其精度和实时性方面不能满足测试要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种动量轮转速采集方法，采用本发明实现了对动量轮转速的高精度、快速采集。

本发明的技术解决方案是：

一种动量轮转速采集方法，包括以下步骤：

（1）确定所述动量轮中的被采集的多个敏感元件；

（2）采用固定比较电平检测和滞环比较对所述敏感元件的输出信号进行采集，并按所述输出信号的周期进行存储；所述输出信号为转速脉冲信号；

（3）对所述存储的输出信号进行剔野处理后，在数据更新时刻，读取最新存储的所述输出信号进行加权平均计算所述动量轮转速。

在所述步骤（1）中确定3～6个所述敏感元件进行采集。

所述固定比较电平检测所采用的比较电平为3～4V。

所述滞环比较的压差为1V。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明与现有动量轮测速方法相比，该高精度快速测速方法测试精度高，数据更新及时，能适应更快的采样周期（可低于4ms）和更宽的转速范围（200～7000rpm，信号频率80～2800Hz）。这种测速方法对于高精度卫星，尤其是对稳定度要求较高的卫星的地面测试系统，是十分重要和必需的。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为多点采集原理图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

如图1，本发明为实现动量轮轮速的高精度、快速采集，从以下3个方面对设计到的技术进行了改进。

1.转速脉冲采集的稳定性设计

在本发明中，转速脉冲是被测量的对象，由于从动量轮线路盒输出到转速采集系统间的距离较长，脉冲信号的上升时间和下降时间均比较长（约10μs～30μs左右），但从量测的波形可以发现同一个敏感元件（动量轮中共24个敏感元件，每周产生24个转速脉冲）所产生脉冲的重复性非常好。本发明中，脉冲的采集采用固定比较电平检测方法检测转速脉冲的上升沿和下降沿，并设计了滞环比较，增强了对噪声的抗干扰能力，使用高稳定度低温漂的参考电压作为比较电平，增强脉冲周期的稳定性。

2.多点采集以提高采集的实时性

原采集方法仅对动量轮中某个敏感元件产生的信号进行采集，使用该敏感元件产生的两个相邻信号的上升沿间的间隔时间（即信号周期）作为测量对象。而本采集方法则对多个敏感元件产生的信号进行采集，对每个敏感元件产生的两个连续的脉冲间的周期进行测量，并依顺序存贮。在取数指令到达时，可以提取最新的数个敏感元件产生的信号周期，经数据统计后计算出转速数据输出。此方法能大大提高采集的实时性。如图2所示，图中t1～t5分别指代被采集的5个敏感元件产生输出信号的周期。

3.数据统计方法以提高采集的精度

原采集方法直接将某个敏感元件产生的信号周期计算得出动量轮转速。此转速数据中包含了量化误差和测量误差，表现为测量噪声较大，甚至会出现野值。

而本采集方法则对多个（4～24个）敏感元件产生的信号周期进行剔野操作，再对剩余的正常数据求取均值，减小测量误差（降低测量噪声）。采样数越多，误差就越小，但同时时延也相应增大，因此样本数的选择根据要求的时延来确定，一般以在3～6个为合适。

本发明的一种实施例如下：

转速脉冲采集具体实施如下：

1、接口设计中设置比较电平为3～4V，比较电平具有一定的稳定性，避免温度、器件参数变化引起比较电平的漂移。同时滞环压差为1V，以增强抗干扰能力。

2.以输出信号的上升沿为被测时间的起始点和终止点，对两个连续的脉冲上升沿间的时间进行测量，并依顺序存贮，以备后面的数据处理使用。设计中共存贮了64个脉冲周期数据，每测得一个新的周期数据则进行存贮，同时将64个数据中最旧的数据挤出存贮区。如下表1所示，在表中按照最旧至最新的顺序对采集的周期数据进行存储。

表1

3.取数指令到达后，从存贮区提取30个数据，计算出多个敏感元件所产生脉冲的周期：

敏感元件1：t1=(周期1+周期2+……+周期24);

敏感元件2：t2=(周期2+周期3+……+周期25);

……

敏感元件6：t6=(周期6+周期3+……+周期30);

4.对t1、t2…t6进行剔野，再求T=(t1+t2+…+t6)/6，根据T计算出动量轮转速n=1/T（rpm）

采用本发明进行转速脉冲采集获得的效果如下表2所示，

表2

转速测量范围	200～7000rpm
		采集周期（数据更新周期）	4ms
转速测量精度	优于0.018rpm（3δ）

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (1)

1.一种动量轮转速采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)确定所述动量轮中的被采集的多个敏感元件；所述敏感元件产生的两个相邻信号的上升沿间的间隔时间作为测量对象；

(2)采用固定比较电平检测和滞环比较对所述敏感元件的输出信号进行采集，并按所述输出信号的周期进行存储；所述输出信号为转速脉冲信号；所述输出信号的周期为所述敏感元件产生的两个相邻信号的上升沿间的间隔时间；比较电平采用高稳定度低温漂的参考电压；

(3)对所述存储的输出信号进行剔野处理后，在数据更新时刻，读取最新存储的所述输出信号进行加权平均计算所述动量轮转速；

具体的剔野处理和计算动量轮转速的方式如下：

从存贮区提取30个数据，计算出多个敏感元件所产生脉冲的周期：

敏感元件1：t1＝(周期1+周期2+……+周期24)；

敏感元件2：t2＝(周期2+周期3+……+周期25)；

……

敏感元件6：t6＝(周期6+周期3+……+周期30)；

对t1、t2…t6进行剔野，再求T＝(t1+t2+…+t6)/6，根据T计算出动量轮转速n＝1/T，单位为rpm；

所述步骤(1)中确定6个所述敏感元件进行采集；

所述固定比较电平检测所采用的比较电平为3～4V；

所述滞环比较的压差为1V。