CN105334349B - 一种液浮加速度计闭环测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液浮加速度计闭环测试系统，包括液浮加速度计的安装工装、程控电流加矩设备和动力学仿真。液浮加速度计的安装工装用于将重力加速度等分到三个测量轴上，动力学仿真机动态生成飞行器惯性坐标系下的加速度，并转换到液浮加速度计测量系，程控电流加矩设备根据标定的加矩电流和加速度关系给液浮加速度计的自检线圈施加激励电流，同时对三个测量轴上的重力加速度分量进行补偿，星载计算机采集液浮加速度计输出的加速度值进行姿轨控指令解算并输出给采集控制设备，采集控制设备将采集到的姿轨控指令发送给动力学仿真机进行下一周期的解算，从而形成闭环测试。

Description

一种液浮加速度计闭环测试系统及其测试方法

技术领域

本发明属于飞行器姿轨控系统地面仿真试验与测试技术领域，具体地说是一种液浮加速度计闭环测试系统及其测试方法。

背景技术

液浮摆式加速度计是飞行器惯性导航和惯性制导系统的基本测量部件之一,主要用于测量飞行器的运动加速度,并通过对加速度积分,求得其速度和位置。加速度模拟设备主要通过离心机和振动台模拟，离心机建造复杂、代价昂贵，难以用于姿轨控系统地面半物理仿真测试，而振动台三轴加速度难以模拟在轨飞行器的加速度，无法用于姿轨控系统的半物理仿真。因此，现有姿轨控系统的加速度计的闭环仿真测试主要是通过数字信号和电激励的方式进行。

通过对液浮摆式加速度计的自检线圈施加加矩电流激励加速度计输出相应的加速度信息。对于变轨飞行器来说，加速度变化范围较大，因此，对激励电流的输出范围要求也要大。而对液浮加速度计的电流加矩只在有限范围内存在线性关系，大范围电流激励情况下，液浮加速度计的测量输出和加矩电流存在较严重的非线性，且由于液浮加速度计加矩的迟滞特性，使得这种非线性更加严重，因此很难用于飞行器在轨高精度的加速度仿真。

同时，在地面仿真测试时，如果液浮加速计的3个测量轴中的任意轴与重力加速度方向一致，则该轴将始终受重力加速度的影响。而相对飞行器在轨加速度而言，地面的重力加速度要大得多，为了抵消重力加速度的影响，对于重力加速度方向测量轴在轨加速度的模拟需要大电流进行补偿，导致重力方向的加矩设备和其它2个方向的加矩设备不一致，不便于仿真系统的模块化和标准化设计，也不符合测试系统互换性的要求，而且长时间大电流加矩容易造成对液浮加速度计自检激励绕组线圈的损坏。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种液浮加速度计闭环测试系统，以满足飞行器姿轨控系统将液浮加速度计接入系统半物理仿真测试环境进行导航和闭环轨控的仿真需求。

为了解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的，提供了一种液浮加速度计闭环测试系统，包括液浮加速度计的安装工装、程控电流加矩设备和动力学仿真。液浮加速度计的安装工装用于将重力加速度等分到三个测量轴上，动力学仿真机动态生成飞行器惯性坐标系下的加速度，并转换到液浮加速度计测量系，程控电流加矩设备根据标定的加矩电流和加速度关系给液浮加速度计的自检线圈施加激励电流，同时对三个测量轴上的重力加速度分量进行补偿，星载计算机采集液浮加速度计输出的加速度值进行姿轨控指令解算并输出给采集控制设备，采集控制设备将采集到的姿轨控指令发送给动力学仿真机进行下一周期的解算，从而形成闭环测试。

进一步，安装工装底部具有安装基座，对工装和液浮加速度计进行支撑；同时，基座三个角分别有安装定位孔，用于工装的固定和安装。

优选地，程控电流加矩设备配置有电流采集卡和加速度采集卡，可实时采集加矩电流和液浮加速度计输出的加速度值，并可对电流值和加速度值进行非线性拟合和标定；同时，可根据安装工装对重力加速度值分配的情况，动态改变程控电流加矩设备重力加速度补偿参数，从而抵消重力加速度对液浮加速度计三个测量轴的影响。

本发明的另一方案在于提出一种液浮加速度计闭环测试方法，1）通过安装工装将液浮加速度计斜装，把重力加速度的影响等分到液浮加速度计的三个测量轴，各轴上的重力加速度值分别为：

（1）

2）通过程控电流加矩设备给液浮加速度计加矩，并测量液浮加速度计的输出，根据加矩电流和加速度值分别对程控电流加矩设备的三个通道电流输出特性进行拟合和标定；

（2）

3）动力学仿真机动态生成飞行器惯性系下3个方向的惯性加速度，并转换到液浮加速度计的测量系；

（3）

为惯性系到液浮加速度计测量系的转换矩阵；

4）根据步骤2）标定的关系式，程控电流加矩设备将加速度计测量系下的加速度转换为加矩电流；

（4）

5）利用式（1）对液浮加速度计的三个轴上的重力加速度分量进行补偿，补偿后的加矩电流值为，用给液浮加速度计的自检线圈施加激励电流。

（5）

其中为补偿重力加速度影响后的加速度值；

6）液浮加速度计根据加矩电流的激励输出相应的加速度计值，星载计算机根据采集到的加速度值进行解算并输出相应的控制指令，采集控制设备将采集到的控制指令反馈给动力学仿真机，以进行飞行器下一周期的动力学解算，从而实现液浮加速度计的闭环仿真测试。

与现有技术技术相比，本发明的优点在于：

1）通过对重力加速度的影响进行平均分配和补偿，防止了常规液浮加速度计长时间大电流加矩补偿重力加速度带来的对重力方向测量轴自检线圈绕组的破坏，同时使三个测量轴加矩设备实现统一化设计，有效降低了液浮加速度计闭环仿真测试系统的构建成本；

2）通过离线标定和非线性拟合，减小了加矩电流和液浮加速度计输出之间的非线性和迟滞特性对加速度模拟精度的影响，提高了加速度模拟的精度，为液浮加速度计接入姿轨控系统进行闭环仿真创造了条件；

3）通过动力学生成飞行器在轨的加速度数据实时控制电流动态给液浮加速度计加矩，激励液浮惯组产生相应的测量加速度输出，模拟飞行器在轨加速度特性，解决了具有轨道机动和变轨功能飞行器的地面仿真问题，实现了将液浮加速度计接入飞行器姿轨控地面半物理仿真测试系统进行相应的闭环仿真测试。

附图说明

图1为液浮加速度计闭环测试系统组成示意图；

图2为液浮加速度计测量轴与重力加速度方向平行放置；

图3为重力加速度等分用安装工装示意图；

图4为液浮加速度计放置于安装工装上的示意图；

图5为本发明的液浮加速度计闭环测试方法流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明提出的一种液浮加速度计闭环测试系统如图1所示，该测试系统包括液浮加速度计的安装工装、程控电流加矩设备、动力学仿真机和采集控制设备。安装工装将重力加速度等分到液浮加速度计的三个测量轴，动力学仿真机进行飞行器位置、速度、加速度的解算；程控电流加矩设备接收动力学的数据驱动给液浮加速度计施加激励；星载计算机采集液浮加速度计输出的测量值进行姿轨控指令解算并输出给采集控制设备，采集控制设备将采集到的姿轨控指令发送给动力学仿真机进行下一周期的解算，从而形成闭环测试。

安装工装底部具有安装基座，对工装和液浮加速度计进行支撑；同时，基座三个角分别有安装定位孔，用于工装的固定和安装。

程控电流加矩设备配置有电流采集卡和加速度采集卡，可实时采集加矩电流和液浮加速度计输出的加速度值，并可对电流值和加速度值进行非线性拟合和标定；同时，可根据安装工装对重力加速度值分配的情况，动态改变程控电流加矩设备重力加速度补偿参数，从而抵消重力加速度对液浮加速度计三个测量轴的影响。

本发明的另一技术方案在于，提出上述液浮加速度计闭环测试系统的测试方法，结合图2～5描述，该方法包括以下步骤：

1）通过安装工装将液浮加速度计斜装，把重力加速度的影响等分到液浮加速度计的三个测量轴，如图2所示，各轴上的重力加速度值分别为：

（1）

2）通过程控电流加矩设备给液浮加速度计加矩，并测量液浮加速度计的输出，根据加矩电流和加速度值分别对程控电流加矩设备的三个通道电流输出特性进行拟合和标定；

（2）

3）动力学仿真机动态生成飞行器惯性系下3个方向的惯性加速度，并转换到液浮加速度计的测量系；

（3）

为惯性系到液浮加速度计测量系的转换矩阵；

4）根据步骤2）标定的关系式，程控电流加矩设备将加速度计测量系下的加速度转换为加矩电流；

（4）

5）利用式（1）对液浮加速度计的三个轴上的重力加速度分量进行补偿，补偿后的加矩电流值为，用给液浮加速度计的自检线圈施加激励电流。

（5）

其中为补偿重力加速度影响后的加速度值；

6）液浮加速度计根据加矩电流的激励输出相应的加速度计值，星载计算机根据采集到的加速度值进行解算并输出相应的控制指令，采集控制设备将采集到的控制指令反馈给动力学仿真机，以进行飞行器下一周期的动力学解算，从而构成液浮加速度计的闭环仿真测试。

上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种液浮加速度计闭环测试系统，其特征在于，包括液浮加速度计的安装工装、程控电流加矩设备和动力学仿真机；

所述液浮加速度计的安装工装用于将重力加速度等分到三个测量轴上；

所述动力学仿真机动态生成飞行器惯性坐标系下的加速度，并转换到液浮加速度计测量系；

所述程控电流加矩设备根据标定的加矩电流和加速度关系给液浮加速度计的自检线圈施加激励电流，同时对三个测量轴上的重力加速度分量进行补偿；

星载计算机采集液浮加速度计输出的加速度值进行姿轨控指令解算并输出给采集控制设备，采集控制设备将采集到的姿轨控指令发送给动力学仿真机进行下一周期的解算，从而形成闭环测试。

2.根据权利要求1所述的液浮加速度计闭环测试系统，其特征在于，所述液浮加速度计的安装工装具有基座，对工装和液浮加速度计进行支撑；基座3个角具有安装固定定位孔，可进行工装的安装和固定。

3.根据权利要求1所述的液浮加速度计闭环测试系统，其特征在于，所述程控电流加矩设备配置有电流采集卡和加速度采集卡，可实时采集加矩电流和液浮加速度计输出的加速度值，并可对电流值和加速度值进行非线性拟合和标定。

4.一种根据权利要求1所述的液浮加速度计闭环测试系统的测试方法，其特征在于，其步骤包括：

1）通过安装工装将液浮加速度计斜装，把重力加速度的影响等分到液浮加速度计的三个测量轴，各轴上的重力加速度值分别为：

（1）

2）通过程控电流加矩设备给液浮加速度计加矩，并测量液浮加速度计的输出，根据加矩电流和加速度值分别对程控电流加矩设备的三个通道电流输出特性进行拟合和标定；

（2）

3）动力学仿真机动态生成飞行器惯性系下3个方向的惯性加速度，并转换到液浮加速度计的测量系；

（3）

为惯性系到液浮加速度计测量系的转换矩阵；

4）根据步骤2）标定的关系式，程控电流加矩设备将加速度计测量系下的加速度转换为加矩电流；

（4）

5）利用式（1）对液浮加速度计的三个轴上的重力加速度分量进行补偿，补偿后的加矩电流值为，用给液浮加速度计的自检线圈施加激励电流；

（5）

其中为补偿重力加速度影响后的加速度值；

6）液浮加速度计根据加矩电流的激励输出相应的加速度计值，星载计算机根据采集到的加速度值进行解算并输出相应的控制指令，采集控制设备将采集到的控制指令反馈给动力学仿真机，以进行飞行器下一周期的动力学解算，从而实现液浮加速度计的闭环仿真测试。