CN111722033B - 双超卫星磁浮电驱动地面测试系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双超卫星磁浮电驱动地面测试系统和方法，根据被测驱动电路输出回路的电流实测数据和来自外部通信总线的设定干扰力矩，计算感应电动势，并转换输出第一电压；令第一电压进行数模转换和功率驱动，形成第二电压；模拟磁浮作动线圈，变压器将第二电压通过磁场耦合到被测驱动电路输出回路，补偿阻抗补偿被测驱动电路输出回路的电阻和电感，使得被测驱动电路输出回路的电阻和电感与实际线圈一致；将被测驱动电路输出回路的电流采集后，通过模数转换，形成被测驱动电路输出回路的电流实测数据。用逻辑部件模拟地面测试，将计算结果通过数模转换、功率驱动和变压器转换成感应电动势加载在被测电驱动输出回路中，实现磁浮线圈的等效负载。

Description

双超卫星磁浮电驱动地面测试系统和方法

技术领域

本发明涉及双超卫星技术领域，具体地，涉及一种双超卫星磁浮电驱动地面测试系统和方法。

背景技术

双超卫星技术结构上将卫星分为载荷仓和服务仓，两仓之间采用磁浮作动线圈和永磁体连接，载荷仓姿态的调整通过给磁浮作动线圈加电流，电流在磁场中产生作用力来调整姿态。在卫星发射进入太空前，需要一系列的地面测试，磁浮作动线圈在地面的测试十分重要。

专利文献CN201892692U公开了一种直流换流阀多重阀型式试验的RLC等效负载装置,该装置包括直流装置或冲击装置1、等效负载件2和试品阀Vt；等效负载件2包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、避雷器3和电感L；电感L、电阻R2和电容C1依次串联,构成L-R2-C1支路；避雷器3、电阻R1、L-R2-C1支路和电容C2依次并联。该装置虽然能够用于地面测试，但其应用场合为冲击试验、电机试验等地面测试，未涉及双超卫星磁浮电驱动的地面测试方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双超卫星磁浮电驱动地面测试系统和方法。

根据本发明提供的一种双超卫星磁浮电驱动地面测试系统，包括以下模块：

感应电动势转换模块：根据被测驱动电路输出回路的电流实测数据和来自外部通信总线的设定干扰力矩，计算感应电动势，根据感应电动势转换输出第一电压；

数模转换模块：令第一电压进行数模转换和功率驱动，形成第二电压；所述第一电压是数字量，第二电压是真实电压；

磁浮作动线圈模拟模块：通过变压器和补偿电阻模拟磁浮作动线圈，变压器将第二电压通过磁场耦合到被测驱动电路输出回路，补偿电阻补偿被测驱动电路输出回路的直流电阻，使得被测驱动电路输出回路的直流电阻与实际线圈一致；

模数转换模块：将被测驱动电路输出回路的电流采集后，通过模数转换，形成被测驱动电路输出回路的电流实测数据。

优选地，所述感应电动势转换模块包括：

通信协议模块：实现与外部的通信，将来自模数转换驱动逻辑的电流实测数据发往总线，将来自于总线的干扰力矩参数解包后发给力矩感应电动势转换模块；

力矩感应电动势转换模块：根据来自于模数转换驱动逻辑的电流实测数据和来自通信协议模块的干扰力矩，计算感应电动势，根据感应电动势计算第一电压，将第一电压输出。

优选地，所述数模转换模块包括：

数模转换驱动模块：产生驱动的逻辑电平将第一电压送至数模转换电路；

数据转换电路模块：令第一电压进行数模转换，形成电压信号；

功率驱动模块：将电压信号功率放大，形成第二电压，推动变压器驱动原边线圈。

优选地，所述模数转换模块包括：

电流采集模块：通过电流采样电阻，将被测驱动电路输出回路的电流转换成电压信号，将电压信号调理形成第四电压；

模数转换电路模块：令第四电压进行模数转换，形成电流实测数据；

模数转换驱动模块：产生驱动逻辑驱动电流实测数据传输。

优选地，所述计算感应电动势是根据感应电动势与电流大小、磁场大小、干扰力矩、卫星质量、变压器原边与副边匝数比之间的关系进行，根据感应电动势与变压器副边电压的关系计算变压器副边电压。

根据本发明提供的一种双超卫星磁浮电驱动地面测试方法，包括以下步骤：

感应电动势转换步骤：根据被测驱动电路输出回路的电流实测数据和来自外部通信总线的干扰力矩，计算感应电动势，根据感应电动势转换输出第一电压；

数模转换步骤：令第一电压进行数模转换和功率驱动，形成第二电压；

磁浮作动线圈模拟步骤：通过变压器和补偿电阻模拟磁浮作动线圈，变压器将第二电压通过磁场耦合到被测驱动电路输出回路，补偿电阻补偿被测驱动电路输出回路的直流电阻，使得被测驱动电路输出回路的直流电阻与实际线圈一致；

模数转换步骤：将被测驱动电路输出回路的电流采集后，通过模数转换，形成被测驱动电路输出回路的电流实测数据。

优选地，所述感应电动势转换步骤包括：

通信协议步骤：实现与外部的通信，将来自模数转换驱动逻辑的电流实测数据发往总线，将来自于总线的干扰力矩参数解包后发给力矩感应电动势转换步骤；

力矩感应电动势转换步骤：根据来自于模数转换驱动逻辑的电流实测数据和来自通信协议步骤的干扰力矩，计算感应电动势，根据感应电动势计算第一电压，将第一电压输出。

优选地，所述数模转换步骤包括：

数模转换驱动步骤：产生驱动的逻辑电平将第一电压送至数模转换电路；

数据转换电路步骤：令第一电压进行数模转换，形成电压信号；

功率驱动步骤：将电压信号功率放大，形成第二电压，推动变压器驱动原边线圈。

优选地，所述模数转换步骤包括：

电流采集步骤：通过电流采样电阻，将被测驱动电路输出回路的电流转换成电压信号，将电压信号调理形成第四电压；

模数转换电路步骤：令第四电压进行模数转换，形成电流实测数据；

模数转换驱动步骤：产生驱动逻辑驱动电流实测数据传输。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明采用逻辑部件计算模拟地面测试，将计算结果通过数模转换、功率驱动和变压器转换成感应电动势加载在被测电驱动输出回路中，实现了磁浮线圈的等效负载，用于双超卫星磁浮电驱动的地面测试。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明采用磁浮作动线圈提供电流驱动的地面测试方法，被测输出电驱动输出的电流在磁场中产生力，该力和其他干扰力一起推动卫星产生速度，速度在磁场中产生感应电动势。采用逻辑部件计算模拟该过程，将计算结果通过数模转换、功率驱动和变压器转换成感应电动势加载在被测电驱动输出回路中，实现了磁浮线圈的等效负载。

首先，在感应电动势转换中，根据被测驱动电路输出回路的电流实测数据和来自外部通信总线的干扰力矩，计算感应电动势，根据感应电动势转换输出第一电压；其次，在数模转换中，令第一电压进行数模转换和功率驱动，形成第二电压；再次，在磁浮作动线圈模拟中，通过变压器和补偿电阻模拟磁浮作动线圈，变压器将第二电压通过磁场耦合到被测驱动电路输出回路，补偿电阻补偿被测驱动电路输出回路的直流电阻，使得被测驱动电路输出回路的直流电阻与实际线圈一致；最后，在模数转换中，将被测驱动电路输出回路的电流采集后，通过模数转换，形成被测驱动电路输出回路的电流实测数据，从而形成被测电驱动输出回路中的闭环流通。

其中，感应电动势转换中，通过通信协议，实现与外部的通信，将来自模数转换驱动逻辑的电流实测数据发往总线，将来自于总线的干扰力矩参数解包后发给力矩感应电动势转换模块；通过力矩感应电动势转换，根据来自于模数转换驱动逻辑的电流实测数据和来自通信协议模块的干扰力矩，计算感应电动势，根据感应电动势计算第一电压，将第一电压输出。

数模转换中，通过数模转换驱动产生驱动的逻辑电平将第一电压送至数模转换电路；通过数据转换电路令第一电压进行数模转换，形成电压信号；通过功率驱动将电压信号功率放大，形成第二电压，推动变压器驱动原边线圈。

在模数转换中，通过电流采样电阻，将被测驱动电路输出回路的电流转换成电压信号，通过电流采集调理将电压信号调理形成第四电压；通过模数转换电路令第四电压进行模数转换，形成电流实测数据；通过模数转换驱动产生驱动逻辑驱动电流实测数据传输至力矩感应电动势转换中，以及通信协议中。

具体实施中，如图1所示，本发明包括通信协议模块、力矩感应电动势转换模块、数模转换驱动逻辑、数模转换电路、功率驱动、磁浮作动线圈模拟、模数转换驱动逻辑、模数转换电路、电流采集调理、电流采样电阻，磁浮作动线圈模拟包括变压器和补偿电阻。

通信协议模块，实现与外部的通信，将来自模数转换驱动逻辑的电流数据和来自于总线的干扰力矩参数解包后发给力矩感应电动势转换模块。

力矩感应电动势转换模块，将来自于模数转换驱动逻辑的电流数据和来自通信协议模块的干扰力矩，根据感应电动势与电流大小、磁场大小、干扰力矩、卫星质量、变压器原边与副边匝数比之间的关系，计算感应电动势，然后根据感应电动势与变压器副边电压的关系计算变压器副边电压，将该电压输出至数模转换。

数模转换驱动逻辑，产生驱动的逻辑电平，将电压信号送至数模转换电路；功率驱动将电压信号的功率放大，推动变压器驱动原边线圈；变压器将副边电压通过磁场耦合到被测驱动电路输出回路；补偿电阻补偿被测驱动电路输出回路的直流电阻，使输出回路的直流电阻与实际线圈一致；电流采样电阻将被测驱动电路输出回路的电流转换成电压信号送往电流采集调理，电流采集调理将电流采样电阻上的电压调理至模数转换电路可以接收的范围内。模数转换驱动逻辑，产生驱动逻辑获取数模转换的反映被测驱动电路输出电流的驱动。实现了对磁浮作动线圈上，在电磁场、机械运动共同影响下的电参数的半物理仿真。

其中，通信协议模块、力矩感应电动势转换模块、数模转换驱动逻辑和模数转换驱动逻辑由FPGA实现。模数转换电路采用ADS8691实现，数模转换电路采用DAC8718实现，电流采集调理电路采用IN827仪表运放实现，功率驱动采用三极管实现，电流采样电阻采用低温漂精密电阻实现。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种双超卫星磁浮电驱动地面测试系统，其特征在于，包括以下模块：

感应电动势转换模块：根据被测驱动电路输出回路的电流实测数据和来自外部通信总线的设定干扰力矩，计算感应电动势，根据感应电动势转换输出第一电压；

数模转换模块：令第一电压进行数模转换和功率驱动，形成第二电压；

磁浮作动线圈模拟模块：通过变压器和补偿电阻模拟磁浮作动线圈，变压器将第二电压通过磁场耦合到被测驱动电路输出回路，补偿阻抗补偿被测驱动电路输出回路的电阻和电感，使得被测驱动电路输出回路的电阻和电感与实际线圈一致；

模数转换模块：将被测驱动电路输出回路的电流采集后，通过模数转换，形成被测驱动电路输出回路的电流实测数据；

所述计算感应电动势是根据感应电动势与电流大小、磁场大小、干扰力矩、卫星质量、变压器原边与副边匝数比之间的关系进行，根据感应电动势与变压器副边电压的关系计算变压器副边电压。

2.根据权利要求1所述的双超卫星磁浮电驱动地面测试系统，其特征在于，所述感应电动势转换模块包括：

通信协议模块：实现与外部的通信，将来自模数转换驱动逻辑的电流实测数据发往总线，将来自于总线的干扰力矩参数解包后发给力矩感应电动势转换模块；

力矩感应电动势转换模块：根据来自于模数转换驱动逻辑的电流实测数据和来自通信协议模块的干扰力矩，计算感应电动势，根据感应电动势计算第一电压，将第一电压输出。

3.根据权利要求1所述的双超卫星磁浮电驱动地面测试系统，其特征在于，所述数模转换模块包括：

数模转换驱动模块：产生驱动的逻辑电平将第一电压送至数模转换电路；

数据转换电路模块：令第一电压进行数模转换，形成电压信号；

功率驱动模块：将电压信号功率放大，形成第二电压，推动变压器驱动原边线圈。

4.根据权利要求1所述的双超卫星磁浮电驱动地面测试系统，其特征在于，所述模数转换模块包括：

电流采集模块：通过电流采样电阻，将被测驱动电路输出回路的电流转换成电压信号，将电压信号调理形成第四电压；

模数转换电路模块：令第四电压进行模数转换，形成电流实测数据；

模数转换驱动模块：产生驱动逻辑驱动电流实测数据传输。

5.一种双超卫星磁浮电驱动地面测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

感应电动势转换步骤：根据被测驱动电路输出回路的电流实测数据和来自外部通信总线的干扰力矩，计算感应电动势，根据感应电动势转换输出第一电压；

数模转换步骤：令第一电压进行数模转换和功率驱动，形成第二电压；

磁浮作动线圈模拟步骤：通过变压器和补偿电阻模拟磁浮作动线圈，变压器将第二电压通过磁场耦合到被测驱动电路输出回路，补偿电阻补偿被测驱动电路输出回路的直流电阻，使得被测驱动电路输出回路的直流电阻与实际线圈一致；

模数转换步骤：将被测驱动电路输出回路的电流采集后，通过模数转换，形成被测驱动电路输出回路的电流实测数据；

所述计算感应电动势是根据感应电动势与电流大小、磁场大小、干扰力矩、卫星质量、变压器原边与副边匝数比之间的关系进行，根据感应电动势与变压器副边电压的关系计算变压器副边电压。

6.根据权利要求5所述的双超卫星磁浮电驱动地面测试方法，其特征在于，所述感应电动势转换步骤包括：

通信协议步骤：实现与外部的通信，将来自模数转换驱动逻辑的电流实测数据发往总线，将来自于总线的干扰力矩参数解包后发给力矩感应电动势转换步骤；

力矩感应电动势转换步骤：根据来自于模数转换驱动逻辑的电流实测数据和来自通信协议步骤的干扰力矩，计算感应电动势，根据感应电动势计算第一电压，将第一电压输出。

7.根据权利要求5所述的双超卫星磁浮电驱动地面测试方法，其特征在于，所述数模转换步骤包括：

数模转换驱动步骤：产生驱动的逻辑电平将第一电压送至数模转换电路；

数据转换电路步骤：令第一电压进行数模转换，形成电压信号；

功率驱动步骤：将电压信号功率放大，形成第二电压，推动变压器驱动原边线圈。

8.根据权利要求5所述的双超卫星磁浮电驱动地面测试方法，其特征在于，所述模数转换步骤包括：

电流采集步骤：通过电流采样电阻，将被测驱动电路输出回路的电流转换成电压信号，将电压信号调理形成第四电压；

模数转换电路步骤：令第四电压进行模数转换，形成电流实测数据；

模数转换驱动步骤：产生驱动逻辑驱动电流实测数据传输。

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