CN113325339B - 利用悬挂法的磁浮作动器极性测试装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用悬挂法的磁浮作动器极性测试装置，包括：悬挂组件、磁浮作动器和位移传感器，根据位移传感器判断电流作用下磁钢组件偏移当地垂线的方向，判断磁浮作动器输出力的极性。本发明还提供了一种利用悬挂法的磁浮作动器极性测试方法，包括如下步骤：将磁浮作动器的磁钢组件安装在悬挂绳的托盘上，磁浮作动器的线圈组件安装在侧壁上分别给磁浮作动器的X向线圈通正向和负向两个方向、大小恒定电流，通过X向位移传感器判断其输出力的极性；分别给磁浮作动器的Y向线圈通正向和负电流，通过Y向位移传感器判断其输出力的极性。本发明实现快速、直观地测试磁浮作动器输出力的极性，保证磁浮作动器装星极性正确。

Description

利用悬挂法的磁浮作动器极性测试装置和方法
技术领域
本发明涉及卫星复合控制技术领域，具体地，涉及一种利用悬挂法的磁浮作动器极性测试装置和方法。
背景技术
双超卫星平台通过舱间的非接触式磁浮作动器来实现载荷舱和平台舱的动静隔离和超高指向精度及超高稳定度控制。磁浮作动器作为双超卫星平台的关键执行机构，由磁钢组件和线圈组件两部分组成。其中，磁钢组件上安装由永磁体，线圈组件垂直于永磁体磁场的两组线圈组成。则当两组线圈中分别有电流流过时，将分别在线圈和磁钢组件上产生垂直于电流和磁场方向的二维力，多组磁浮作动器组合即可实现载荷舱平动控制和转动控制。
根据安培定则，磁浮作动器输出力的方向垂直于磁浮作动器中磁场的方向以及电流的流向，由磁钢的NS极方向、输出电流的电缆接点定义、控制器输入电流方向、线圈组件的缠绕方向等因素决定。当磁浮作动器完成组装后，其内部磁场方向和电流流向为不可测项，同时考虑到其输出力幅值较小，需要设计专门的极性测试设备，测量输入电流方向和磁浮作动器输出力极性的对应关系。
经过检索，专利文献CN109178344A公开了一种新型磁浮作动器组合布局及高可靠冗余设计方法，对8台磁浮作动器组合进行布局设计，明确每台磁浮作动器的安装要求；建立指令控制力和力矩伪逆分配算法，实现三轴平动控制力和三轴转动控制力矩的解耦输出，满足双超卫星平台载荷舱姿态和两舱相对质心位置的解耦控制需求；通过对力和力矩分配矩阵秩的分析，得到磁浮作动器组合的冗余度，进而计算得到组合的可靠度。该现有技术虽然实现了磁浮作动器组合的可靠冗余设计，但是未涉及输出力极性测试方法，无法通过相对运动来测量磁浮作动器输出力的极性。
专利文献CN201083565Y公开了一种磁力矩器测试装置，包括磁力矩器悬挂装置、平行磁场发生装置、磁力测量装置；其中,平行磁场发生装置由一对相互平行并间隔排列的平板状磁铁构成,悬挂装置由支架、细线、磁力矩器安装卡箍构成,磁力矩器安装卡箍通过细线悬吊在两磁铁之间的空间中；磁力测量装置由称重传感器和支撑块构成,称重传感器和支撑块均固定设置在两磁铁之间的空间中,称重传感器和支撑块沿垂直磁铁表面方向的间距与待测磁力矩器的径向尺寸相适配,沿磁铁表面水平平行方向的间距与待测磁力矩器的长度相适配。该现有技术采用悬吊法测试卫星磁力矩器的装置，通过将磁力矩器悬吊在匀强磁场中并施加一定的电流，通过称重传感器测量产生的作用力并转化为力矩。该现有技术也未涉及磁浮作动器输出力极性测试方法。
还有张伟等在文献《动静隔离、主从协同控制双超卫星平台设计》(上海航天，2014,31(5)：7-11)中陈述了采用八台单向非接触磁浮作动器实现卫星载荷高精度控制的原理及磁浮作动器的安装和配置形式，但未涉及磁浮作动器输出力极性测试方法。
因此，亟需研发设计一种能够直观、快速地确定磁浮作动器输出力的极性的测试方法。
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利用悬挂法的磁浮作动器极性测试装置和方法，磁浮作动器输出力的极性能够通过位移传感器的输出变化直接得到，能够直观、快速地确定磁浮作动器输出力的极性。
根据本发明提供的一种利用悬挂法的磁浮作动器极性测试装置，包括：悬挂组件、磁浮作动器和位移传感器，通过悬挂组件将磁浮作动器悬挂并固定；磁浮作动器包括磁钢组件和线圈组件，根据位移传感器判断电流作用下磁钢组件偏移当地垂线的方向，判断磁浮作动器输出力的极性。
优选地，位移传感器包括X向位移传感器和Y向位移传感器，X向位移传感器用于判断X向的磁钢组件在X向方向上的位移变化；Y向位移传感器用于判断Y向的磁钢组件在Y向方向上的位移变化。
优选地，悬挂组件包括悬挂绳和固定支架，固定支架包括水平支架和竖直支架，通过悬挂绳将磁钢组件悬挂在水平支架上，将线圈组件固定在竖直支架上。
优选地，通过给线圈组件施加电流产生安培力时磁钢组件偏离当地垂线位置。
优选地，通过X向位移传感器和Y向位移传感器输出值的变化判断磁钢组件偏移当地垂线的方向，从而判断磁浮作动器输出力的极性。
根据本发明提供的一种利用悬挂法的磁浮作动器极性测试方法，使用上述的利用悬挂法的磁浮作动器极性测试装置对磁浮作动器进行极性测试。
优选地，包括如下步骤：
步骤S1：将磁浮作动器的磁钢组件通过悬挂绳固定在水平支架上，磁浮作动器的线圈组件固定在竖直支架上；
步骤S2：分别给磁浮作动器线圈组件的X向线圈通正负两个方向、大小相同的电流，通过X向位移传感器输出变化判断X向磁钢和线圈受到的作用力的极性；
步骤S3：分别给磁浮作动器线圈组件的Y向线圈通正负向两个方向、大小相同的电流，通过Y向位移传感器输出变化判断Y向磁钢和线圈受到的作用力的极性。
优选地，步骤S1中将磁浮作动器的磁钢组件沿Z向悬挂，用悬挂绳克服重力，线圈组件固定在竖直支架上，分别沿X向和Y向安装两台位移传感器用于测量磁钢组件沿X向和Y向的位移变化。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过悬挂组件将磁浮作动器悬挂并固定，根据位移传感器能够判断电流作用下磁钢组件偏移当地垂线的方向，从而直观、快速地确定磁浮作动器输出力的极性。
2、本发明测试前将磁浮作动器的磁钢组件通过悬挂绳沿Z向悬挂，用悬挂绳克服重力，使其处于当地垂线方向，线圈组件固定在竖直支架上，分别沿X向和Y向安装两台位移传感器用于测量磁钢组件沿X向和Y向的位移变化。
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为本发明中利用悬挂法的磁浮作动器极性测试方法的流程图；
图2为本发明中利用悬挂法的磁浮作动器极性测试装置的原理图；
图3为本发明中施加作用力后磁浮作动器磁钢偏离当地垂线示意图。
图中：
悬挂组件1；磁钢组件2；线圈组件3；位移传感器4.
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。
如图2、图3所示，本发明提供的一种利用悬挂法的磁浮作动器极性测试装置，包括：悬挂组件、磁浮作动器和位移传感器，通过悬挂组件将磁浮作动器悬挂并固定；磁浮作动器包括磁钢组件和线圈组件，根据位移传感器判断电流作用下磁钢组件偏移当地垂线的方向，判断磁浮作动器输出力的极性。
优选地，位移传感器包括X向位移传感器和Y向位移传感器，X向位移传感器用于判断X向的磁钢组件在X向方向上的位移变化；Y向位移传感器用于判断Y向的磁钢组件在Y向方向上的位移变化。
优选地，悬挂组件包括悬挂绳和固定支架，固定支架包括水平支架和竖直支架，通过悬挂绳将磁钢组件悬挂在水平支架上，将线圈组件固定在竖直支架上。
优选地，通过给线圈组件施加电流产生安培力时磁钢组件偏离当地垂线位置。
优选地，通过X向位移传感器和Y向位移传感器输出值的变化判断磁钢组件偏移当地垂线的方向，从而判断磁浮作动器输出力的极性。
如图1所示，根据本发明还提供的一种利用悬挂法的磁浮作动器极性测试方法，使用上述的利用悬挂法的磁浮作动器极性测试装置对磁浮作动器进行极性测试。包括如下步骤：
步骤S1：将磁浮作动器的磁钢组件通过悬挂绳固定在水平支架上，磁浮作动器的线圈组件固定在竖直支架上；
步骤S2：分别给磁浮作动器线圈组件的X向线圈通正负向两个方向、大小相同的电流，通过X向位移传感器输出变化判断X向磁钢和线圈受到的作用力的极性；
步骤S3：分别给磁浮作动器线圈组件的Y向线圈通正负向两个方向、大小相同的电流，通过Y向位移传感器输出变化判断Y向磁钢和线圈受到的作用力的极性。
进一步来说，步骤S1中将磁浮作动器的磁钢组件沿Z向悬挂，用悬挂绳克服重力，线圈组件固定在竖直支架上，分别沿X向和Y向安装两台位移传感器用于测量磁钢组件沿X向和Y向的位移变化。
步骤S2中，当X向施加正的作用力Fx +，磁钢质量为m，悬挂绳的悬挂点到磁钢中心位置的长度为L，则可得平衡状态下磁钢偏离平衡位置的转角为：
Figure BDA0003036171660000051
考虑到α为小量，则磁钢偏离平衡位置的位移沿X向的分量Δx为：
Figure BDA0003036171660000052
若假设位移传感器沿-X轴方向安装，且初始输出为
Figure BDA0003036171660000053
则当前时刻的位移传感器的输出为：
Figure BDA0003036171660000054
同理可得当输出负向力时，位移传感器的输出为：
Figure BDA0003036171660000055
则根据位移传感器读数变化判断磁浮作动器输出力的极性的判断为：
当沿-X轴方向安装的位移传感器读数减小时，磁浮作动器中磁钢受到的力的方向沿+X方向,线圈受到的力的方向沿-X方向；反之，当位移传感器的读数增加时，磁浮作动器中磁钢受到的力的方向沿-X方向,线圈受到的力的方向沿+X方向。
步骤S3中同X向的判断方法可得：Y向位移传感器与Y向磁浮作动器输出力的方向关系如下：
Figure BDA0003036171660000056
则根据位移传感器读数变化判断磁浮作动器输出力的极性的判断为：
当沿-Y轴方向安装的位移传感器读数减小时，磁浮作动器中磁钢受到的力的方向沿+Y方向，线圈受到的力的方向沿-Y方向；反之，当位移传感器的读数增加时，磁浮作动器中磁钢受到的力的方向沿-Y方向，线圈受到的力的方向沿+Y方向。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
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 (5)

1.一种利用悬挂法的磁浮作动器极性测试方法，其特征在于，使用利用悬挂法的磁浮作动器极性测试装置对磁浮作动器进行极性测试；
所述利用悬挂法的磁浮作动器极性测试装置，包括：悬挂组件、磁浮作动器和位移传感器，通过所述悬挂组件将所述磁浮作动器悬挂并固定；
所述磁浮作动器包括磁钢组件和线圈组件，根据位移传感器判断电流作用下磁钢组件偏移当地垂线的方向，判断磁浮作动器输出力的极性；
所述位移传感器包括X向位移传感器和Y向位移传感器，所述X向位移传感器用于判断X向的磁钢组件在X向方向上的位移变化；所述Y向位移传感器用于判断Y向的磁钢组件在Y向方向上的位移变化；
包括如下步骤：
步骤S1：将磁浮作动器的磁钢组件通过悬挂绳固定在水平支架上，磁浮作动器的线圈组件固定在竖直支架上；
步骤S2：分别给磁浮作动器线圈组件的X向线圈通正负向两个方向、大小相同的电流，通过X向位移传感器输出变化判断X向磁钢和线圈受到的作用力的极性；
步骤S3：分别给磁浮作动器线圈组件的Y向线圈通正负向两个方向、大小相同的电流，通过Y向位移传感器输出变化判断Y向磁钢和线圈受到的作用力的极性；
步骤S2中，当X向施加正的作用力
Figure FDA0003645895980000011
磁钢质量为m，悬挂绳的悬挂点到磁钢中心位置的长度为L，则平衡状态下磁钢偏离平衡位置的转角为：
Figure FDA0003645895980000012
考虑到α为小量，则磁钢偏离平衡位置的位移沿X向的分量△x为：
Figure FDA0003645895980000013
若假设位移传感器沿-X轴方向安装，且初始输出为
Figure FDA0003645895980000014
则当前时刻的位移传感器的输出为：
Figure FDA0003645895980000015
得当输出负向力时，位移传感器的输出为：
Figure FDA0003645895980000021
则根据位移传感器读数变化判断磁浮作动器输出力的极性的判断为：
当沿-X轴方向安装的位移传感器读数减小时，磁浮作动器中磁钢受到的力的方向沿+X方向,线圈受到的力的方向沿-X方向；反之，当位移传感器的读数增加时，磁浮作动器中磁钢受到的力的方向沿-X方向,线圈受到的力的方向沿+X方向；
步骤S3中Y向位移传感器与Y向磁浮作动器输出力的方向，根据位移传感器读数变化判断磁浮作动器输出力的极性的判断为：
当沿-Y轴方向安装的位移传感器读数减小时，磁浮作动器中磁钢受到的力的方向沿+Y方向，线圈受到的力的方向沿-Y方向；反之，当位移传感器的读数增加时，磁浮作动器中磁钢受到的力的方向沿-Y方向，线圈受到的力的方向沿+Y方向。
2.根据权利要求1所述的利用悬挂法的磁浮作动器极性测试方法，其特征在于，所述步骤S1中将磁浮作动器的磁钢组件沿Z向悬挂，用悬挂绳克服重力，线圈组件固定在竖直支架上，分别沿X向和Y向安装两台位移传感器用于测量磁钢组件沿X向和Y向的位移变化。
3.根据权利要求1所述的利用悬挂法的磁浮作动器极性测试方法，其特征在于，所述悬挂组件包括悬挂绳和固定支架，所述固定支架包括水平支架和竖直支架，通过悬挂绳将磁钢组件悬挂在水平支架上，将线圈组件固定在竖直支架上。
4.根据权利要求1所述的利用悬挂法的磁浮作动器极性测试方法，其特征在于，通过给线圈组件施加电流产生安培力使磁钢组件偏离当地垂线位置。
5.根据权利要求1所述的利用悬挂法的磁浮作动器极性测试方法，其特征在于，通过所述X向位移传感器和Y向位移传感器输出值的变化判断磁钢组件偏移当地垂线的方向，从而判断磁浮作动器输出力的极性。
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