JP2005114492A - Active control pulse thrust measuring apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pulse thrust measuring apparatus for suppressing the vibration of an apparatus system even if short pulse thrust operates, and precisely measuring the short pulse thrust. <P>SOLUTION: The pulse thrust measuring apparatus comprises: a thrust trestle 12 in which a thruster 2 for generating thrust is mounted; a support member 14 for supporting the thrust trestle so that it can travel in the thrust direction; a fixed member 16 fixed to the outside of the thrust trestle; a load detector 18 that is pinched between the fixed member and the thrust trestle for detecting a load operating between them; a displacement detection means 20 for detecting displacement (x) in the thrust direction of the thrust trestle; an actuator 22 for adding external force (u) in the thrust direction to the thrust trestle; and an active control unit 24 for controlling the external force (u) in the actuator according to the displacement (x), thus actively controlling the stiffness and/or attenuation characteristics of the thrust trestle. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高周波パルス推力を発生するスラスタの推力を測定するパルス推力測定装置に係わり、更に詳しくは、パルス推力により発生する装置系の高周波振動を抑制するアクティブ制御系を備えたアクティブ制御パルス推力測定装置に関する。   The present invention relates to a pulse thrust measurement device that measures thrust of a thruster that generates high-frequency pulse thrust, and more specifically, an active control pulse thrust having an active control system that suppresses high-frequency vibration of the device system generated by pulse thrust. It relates to a measuring device.

宇宙空間において、例えば人工衛星の姿勢制御等に用いられるスラスタの推力を測定するために、例えば特許文献1が提案されている。   For example, Patent Document 1 has been proposed to measure the thrust of a thruster used in space control, for example, for attitude control of an artificial satellite.

特許文献1の「高周波パルス推力測定方法および高周波パルス推力測定用ロードセル」は、図6に示すように、一次固有振動数fが、パルス推力の周波数f’よりも大きくなるような縦弾性係数Eおよび推力方向長さLを有するブロック部52と、該ブロック部の内部または側面にひずみゲージ54とを備え、ブロック部に生じるひずみをひずみゲージにより測定することによって高周波のパルス推力を測定するものである。   As shown in FIG. 6, the “high-frequency pulse thrust measurement method and high-frequency pulse thrust measurement load cell” disclosed in Patent Document 1 has a longitudinal elastic modulus E such that the primary natural frequency f is greater than the frequency f ′ of the pulse thrust. And a block portion 52 having a length L in the thrust direction, and a strain gauge 54 inside or on the side of the block portion, and measuring a high-frequency pulse thrust by measuring strain generated in the block portion with the strain gauge. is there.

特開2002−202211号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-202111

人工衛星の姿勢制御等に用いられるスラスタは、20msから40msの短時間のパルスモードに対する性能確認が要求される。そのため、従来のパルス推力測定装置は、図7に模式的に示すように、スラスタ2を水平に固定した架台61、架台を水平方向に移動可能に支持する支持体62、及び架台61と支持ブラケット63との間に挟持されたロードセル64とを備え、スラスタの発生推力をロードセルで検出する構成になっていた。   A thruster used for artificial satellite attitude control or the like is required to confirm performance in a short pulse mode of 20 ms to 40 ms. Therefore, as shown schematically in FIG. 7, the conventional pulse thrust measuring device includes a gantry 61 that fixes the thruster 2 horizontally, a support body 62 that movably supports the gantry, and a gantry 61 and a support bracket. The load cell 64 is sandwiched between the load cell 64 and the thrust generated by the thruster is detected by the load cell.

この構成のパルス推力計測装置は、スラスタの発生推力をロードセルによって静的な力として検出するものである。それには、装置系の剛性をできるだけ大きくとり、パルスの振動数と装置系の固有振動数をできるだけ離すことによって、動的応答を小さくさせることが必要である。このような条件で製作された装置では、検出される推力は、本来のパルスの形状を呈しているはずであり、満足できる結果を与えてくれるはずである。また、たとえ、パルスの入力時に振動が生じたとしても、極めて短時間で減衰するから、推力計測には大きな支障は生じない。万が一、剛性不足によって、装置系の動的応答が発生した場合には、得られた推力波形にフィルタ処理を施し、動的成分を除去することも考えられるが、このような処理を施すと、推力の生波形の形状を損なう可能性が高く、信頼性の点で問題があると考えられる。   The pulse thrust measuring device having this configuration detects thrust generated by a thruster as a static force by a load cell. For this purpose, it is necessary to reduce the dynamic response by making the rigidity of the device system as large as possible and separating the pulse frequency and the natural frequency of the device system as much as possible. In a device manufactured under such conditions, the detected thrust should be in the shape of the original pulse and should give satisfactory results. Moreover, even if vibration is generated when a pulse is input, the vibration is attenuated in a very short time, so that there is no major problem in thrust measurement. In the unlikely event that a dynamic response of the device system occurs due to insufficient rigidity, it is conceivable to filter the obtained thrust waveform and remove the dynamic component, but when such processing is performed, There is a high possibility that the shape of the raw thrust waveform will be damaged, and it is considered that there is a problem in terms of reliability.

図8は、上述のパルス推力計測装置で計測したパルス推力計測結果の一例である。この例は、0.2秒周期で0.02sec(20ms)のパルスモードで試験した結果であり、横軸は時間、縦軸は計測されたパルス推力である。
この図から、計測されたパルス推力は、スラスタの発生推力(パルス推力)に装置の剛性不足によると思われる外乱が重畳してしまっており、パルス推力の測定ができないことがわかる。
FIG. 8 is an example of a pulse thrust measurement result measured by the above-described pulse thrust measurement device. This example is a result of testing in a pulse mode of 0.02 sec (20 ms) with a period of 0.2 seconds, the horizontal axis is time, and the vertical axis is measured pulse thrust.
From this figure, it can be seen that in the measured pulse thrust, the thrust generated by the thruster (pulse thrust) is superimposed with a disturbance that seems to be due to insufficient rigidity of the device, and the pulse thrust cannot be measured.

精度の良い推力を計測するためには、装置系の剛性を高くすればよいが、これは、より剛なロードセルを選択することを意味するが、剛になれば変位は小さくなるから検出感度は小さくなり、数10N程度の推力を計測することは難しくなる。そのため、剛性については、ある妥協点を定めなくてはならない。しかし、近年、高応答なスラスタが開発されており、推力の有する振動数と装置系の固有振動数が近接する傾向になってきた。従って、上述したように短時間パルスに対して、装置系の振動が顕在化するようになり、精度良い推力波形を得ることが難しい問題点があった。   In order to measure the thrust with high accuracy, it is sufficient to increase the rigidity of the device system. This means that a more rigid load cell is selected. It becomes small and it becomes difficult to measure a thrust of about several tens of N. Therefore, a certain compromise must be established for rigidity. However, in recent years, highly responsive thrusters have been developed, and the natural frequency of the system tends to be close to the frequency of the thrust. Therefore, as described above, the vibration of the device system becomes obvious with respect to the short-time pulse, and there is a problem that it is difficult to obtain an accurate thrust waveform.

本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、例えば20msから40ms程度の短時間のパルス推力が作用する場合でも、装置系の振動を抑制することができ、これにより短時間のパルス推力を精度よく計測することができるパルス推力測定装置を提供することにある。   The present invention has been developed to solve such problems. That is, an object of the present invention is to suppress vibration of the apparatus system even when a short-time pulse thrust of, for example, 20 ms to 40 ms is applied, and thereby to accurately measure a short-time pulse thrust. An object of the present invention is to provide a pulse thrust measuring device capable of performing the above.

上述した従来例のように、架台の剛性と減衰が十分でないと、装置系に振動が発生する結果、推力波形に振動が重畳してしまい、精度良い推力計測が行えない。これに対して本発明は、測定装置に振動抑制機能を組み込み、本来の推力のみを計測することによって、パルス推力の計測精度向上を図ったものである。   As in the conventional example described above, if the gantry is not sufficiently rigid and damped, vibration is generated in the apparatus system. As a result, the vibration is superimposed on the thrust waveform, and accurate thrust measurement cannot be performed. On the other hand, the present invention is intended to improve the measurement accuracy of the pulse thrust by incorporating a vibration suppression function in the measuring apparatus and measuring only the original thrust.

すなわち、本発明によれば、推力を発生するスラスタが取り付けられた推力架台と、該推力架台を推力方向に移動可能に支持する支持部材と、推力架台の外部に固定された固定部材と、固定部材と推力架台との間に挟持されその間に作用する荷重を検出する荷重検出器と、推力架台の推力方向の変位xを検出する変位検出手段と、推力架台に推力方向の外力uを付加するアクチュエータと、前記変位xに応じてアクチュエータの外力uを制御するアクティブ制御装置とを備え、これにより推力架台の剛性および/または減衰特性をアクティブ制御する、ことを特徴とするアクティブ制御パルス推力測定装置が提供される。   That is, according to the present invention, a thrust base to which a thruster that generates thrust is attached, a support member that supports the thrust base to be movable in the thrust direction, a fixing member that is fixed to the outside of the thrust base, and a fixed A load detector that detects a load that is sandwiched between the member and the thrust mount and detects a load acting between them, a displacement detection means that detects displacement x in the thrust direction of the thrust mount, and an external force u in the thrust direction is added to the thrust mount An active control pulse thrust measuring device comprising an actuator and an active control device for controlling the external force u of the actuator in accordance with the displacement x, thereby actively controlling the rigidity and / or damping characteristics of the thrust mount Is provided.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記アクチュエータは、リニアモータ、ピエゾアクチュエータ、または超磁歪アクチュエータである。   According to a preferred embodiment of the present invention, the actuator is a linear motor, a piezo actuator, or a giant magnetostrictive actuator.

また、前記アクチュエータは、リニアモータであり、前記アクティブ制御装置により、変位xから速度dx/dtを求め、これに所定の速度フィードバックゲインKvを掛けた値Kv・dx/dtをアクチュエータの推力uとして推力と逆方向に制御する、ことが好ましい。   The actuator is a linear motor, and the active control device obtains a speed dx / dt from the displacement x, and a value Kv · dx / dt obtained by multiplying the speed dx / dt by a predetermined speed feedback gain Kv is used as the actuator thrust u. It is preferable to control in the direction opposite to the thrust.

本発明の構成によれば、推力架台の推力方向の変位xを検出する変位検出手段と、推力架台に推力方向の外力uを付加するアクチュエータと、前記変位xに応じてアクチュエータの外力uを制御するアクティブ制御装置とを備えるので、推力架台の剛性および/または減衰特性をアクティブ制御することにより、装置系の振動特性を望ましい特性に改善することができ、スラスタ推力の検出信号に混入していた装置系の振動を抑制することができ、これにより短時間のパルス推力を精度よく計測することができる。   According to the configuration of the present invention, the displacement detecting means for detecting the displacement x in the thrust direction of the thrust mount, the actuator for adding the external force u in the thrust direction to the thrust mount, and controlling the external force u of the actuator according to the displacement x Active control device that can control the rigidity and / or damping characteristics of the thrust stand to improve the vibration characteristics of the device system to the desired characteristics, which were mixed in the thruster detection signal The vibration of the apparatus system can be suppressed, and thereby, a short-time pulse thrust can be accurately measured.

また、アクチュエータを用いたアクティブ制御を採用することにより、真空条件下での振動制御を容易にし、かつ高周波微振動制御による高性能な振動特性を実現できる。
更に、アクティブ制御を用いているので、必要に応じて、フィードバックゲインの変更のみで振動特性を変更することができ、搭載されるスラスタに限定されない幅広い適用が可能である。
In addition, by adopting active control using an actuator, vibration control under vacuum conditions can be facilitated, and high-performance vibration characteristics can be realized by high-frequency fine vibration control.
Furthermore, since active control is used, the vibration characteristics can be changed only by changing the feedback gain as necessary, and a wide range of applications not limited to the installed thruster is possible.

また、変位検出手段を備えているので、この波形を取得しておけば、力学モデルを用いて推力波形を逆解析することができ、検出された推力波形の検証に利用できる。
また、推力計測装置のメンテナンスの観点から、アクチュエータを加振装置として用いて推力架台を加振して、振動特性の変化から装置の損傷や劣化を早期に検知することもできる。
In addition, since the displacement detecting means is provided, if this waveform is acquired, the thrust waveform can be inversely analyzed using a dynamic model, and can be used for verification of the detected thrust waveform.
Further, from the viewpoint of maintenance of the thrust measuring device, it is also possible to detect the damage or deterioration of the device at an early stage from the change in the vibration characteristics by exciting the thrust mount using the actuator as a vibration device.

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本発明のアクティブ制御パルス推力測定装置の構成図である。この図に示すように、本発明のアクティブ制御パルス推力測定装置10は、推力架台12、支持部材14、固定部材16、荷重検出器18、変位検出手段20、アクチュエータ22およびアクティブ制御装置24を備える。   FIG. 1 is a configuration diagram of an active control pulse thrust measuring device of the present invention. As shown in this figure, an active control pulse thrust measuring device 10 of the present invention includes a thrust base 12, a support member 14, a fixing member 16, a load detector 18, a displacement detection means 20, an actuator 22, and an active control device 24. .

推力架台12には、推力fを発生するスラスタ2がこの例では水平に取り付けられている。また、支持部材14は、この例では、垂直に配置された薄い4枚の板ばねであり推力架台12を推力方向(この例では水平方向)に移動可能に支持する。固定部材16は、推力架台12の外部(この例では、基礎4)に移動しないように固定されている。荷重検出器18は、例えばロードセルであり、固定部材16と推力架台12との間に挟持され、その間に作用する水平荷重を検出する。   In this example, a thruster 2 that generates a thrust f is horizontally mounted on the thrust base 12. Further, in this example, the support member 14 is four thin plate springs arranged vertically, and supports the thrust mount 12 so as to be movable in the thrust direction (horizontal direction in this example). The fixing member 16 is fixed so as not to move to the outside of the thrust mount 12 (in this example, the foundation 4). The load detector 18 is, for example, a load cell, and is sandwiched between the fixed member 16 and the thrust mount 12 and detects a horizontal load acting therebetween.

変位検出手段20は、この例では、固定部材16(又は推力架台12)に取り付けられた渦電流センサであり、推力架台の推力方向の変位xを検出する。
アクチュエータ22は、好ましくはリニアモータであり、推力架台12に推力方向の外力uを付加する。なお、アクチュエータは、リニアモータに代えて、ピエゾアクチュエータまたは超磁歪アクチュエータであってもよい。
アクティブ制御装置24は、変位検出手段20による検出変位xに応じてアクチュエータの外力uを制御し、これにより推力架台の剛性および/または減衰特性をアクティブ制御するようになっている。
In this example, the displacement detection means 20 is an eddy current sensor attached to the fixed member 16 (or the thrust base 12), and detects the displacement x in the thrust direction of the thrust base.
The actuator 22 is preferably a linear motor, and applies an external force u in the thrust direction to the thrust base 12. The actuator may be a piezo actuator or a giant magnetostrictive actuator instead of the linear motor.
The active control device 24 controls the external force u of the actuator in accordance with the detected displacement x by the displacement detecting means 20, thereby actively controlling the rigidity and / or damping characteristics of the thrust mount.

上述のように、本発明では、計測装置にアクチュエータを組み込み、アクティブ振動制御を行う。アクティブ制御は、装置の推力架台に配置した振動センサより検出した信号をフィードバックし、制御器でアクチュエータへの駆動信号を演算する。これをアクチュエータに印加することにより、振動を低減する。このようなフィードバック制御による駆動信号は、制御力の形で(数1)の式(1)で与えられる。
ここで、fcは制御力、KdとKvはそれぞれフィードバックゲインである。このような制御力が与えられた装置系の運動方程式は、(数1)の式(2)(3)となる。
As described above, in the present invention, an actuator is incorporated in the measurement device to perform active vibration control. In the active control, a signal detected by a vibration sensor arranged on a thrust base of the apparatus is fed back, and a drive signal to an actuator is calculated by a controller. By applying this to the actuator, vibration is reduced. The drive signal by such feedback control is given by Expression (1) in (Formula 1) in the form of control force.
Here, fc is a control force, and Kd and Kv are feedback gains, respectively. The equation of motion of the device system to which such a control force is applied is expressed by equations (2) and (3) in (Equation 1).

Figure 2005114492
Figure 2005114492

ここで、ms,cs,ksは改善前の装置系の質量、減衰係数、剛性であり、fはパルス推力である。
式(3)から、速度に比例した制御力は減衰付加に、変位に比例した制御力は剛性付加に寄与していることがわかる。言い換えれば、アクチュエータがばね要素とダンパの役割を兼ねることが可能であり、架台の振動特性をフィードバックゲインによって所望の特性に改善することができる。
Here, m s , c s , and k s are the mass, damping coefficient, and rigidity of the device system before improvement, and f is the pulse thrust.
From the equation (3), it can be seen that the control force proportional to the speed contributes to the damping addition, and the control force proportional to the displacement contributes to the rigidity addition. In other words, the actuator can serve as both a spring element and a damper, and the vibration characteristic of the gantry can be improved to a desired characteristic by the feedback gain.

図2は、本発明によるアクチュエータの配置例を示す模式図である。この図において、(a)は、図1に対応する並列配置、(b)(c)は直列配置である。   FIG. 2 is a schematic diagram showing an arrangement example of actuators according to the present invention. In this figure, (a) is a parallel arrangement corresponding to FIG. 1, and (b) and (c) are a series arrangement.

最も一般的なアクチュエータの配置としては、図1と図2(a)の並列配置が考えられるが、図2(b)(c)のように、アクチュエータをロードセルに対し直列に配置した場合は、減衰と剛性の双方を付加することが可能である。
もちろん、支持ブラケットが極めて剛でなければならないことは言うまでもないが、ロードセルの検出力とアクチュエータの力とは作用反作用の関係にあるので、例えば、剛性を持った圧電素子の適用も可能であり、高剛性と減衰付加の両方を実現することができる。また、このような圧電素子はセンサとしての機能を持つので、ロードセルの代用が期待でき、セルフセンシングアクチュエータとして利用すれば、推力架台の振動センサとロードセルを用いず、圧電素子だけを用いたスマート構造の推力計測装置が実現できる。
As the most common actuator arrangement, the parallel arrangement of FIG. 1 and FIG. 2 (a) can be considered, but when the actuator is arranged in series with respect to the load cell as shown in FIG. 2 (b) (c), It is possible to add both damping and stiffness.
Of course, it goes without saying that the support bracket must be extremely rigid, but the detection force of the load cell and the force of the actuator are in an action-reaction relationship, so for example, a rigid piezoelectric element can be applied, Both high rigidity and damping addition can be realized. In addition, since such a piezoelectric element has a function as a sensor, it can be expected to substitute for a load cell, and if it is used as a self-sensing actuator, it does not use a thrust mount vibration sensor and load cell, but a smart structure using only a piezoelectric element Can be realized.

図1は、図2(a)に示したロードセルに対してアクチュエータを並列に配置した構成であり、本発明では、アクチュエータは減衰力のみを与えることができるダンパの役割を果たすようにする。振動制御を施すアクチュエータ22には、リニアモータを用い、これを推力架台12の下部と基礎4との間に据え付ける。リニアモータは、コイル部の上下をマグネット部でサンドイッチ状に挟み込んだもので、コイル部は推力架台12に、一方のマグネット部は基礎4に据え付けられている。コイルに電流を流すと振動方向に推力を発生し、所要の減衰力を推力架台に印加することができる。コイル部とマグネット部は非接触なので、機械的な摩擦はなく、微小振動を効率よく低減できる。推力架台には、振動を検出するための振動センサを配置する。センサには、渦電流式の変位センサを用いるが、その他の変位センサや速度センサでも可能である。ここでは、フィードバックした変位信号を制御器で微分し、速度を得る。これに式(1)に基づく制御則を施し、駆動力信号を得る。これをモータ付属の駆動ドライバに入力し、モータへ電流を流して振動制御を行う。   FIG. 1 shows a configuration in which an actuator is arranged in parallel to the load cell shown in FIG. 2A. In the present invention, the actuator serves as a damper that can give only a damping force. A linear motor is used for the actuator 22 that performs vibration control, and this is installed between the lower part of the thrust base 12 and the foundation 4. In the linear motor, the upper and lower portions of the coil portion are sandwiched between magnet portions, and the coil portion is mounted on the thrust base 12 and one magnet portion is mounted on the foundation 4. When a current is passed through the coil, a thrust is generated in the vibration direction, and a required damping force can be applied to the thrust base. Since the coil part and the magnet part are not in contact with each other, there is no mechanical friction and minute vibrations can be efficiently reduced. A vibration sensor for detecting vibration is arranged on the thrust base. As the sensor, an eddy current type displacement sensor is used, but other displacement sensors and velocity sensors are also possible. Here, the feedback displacement signal is differentiated by the controller to obtain the speed. This is subjected to a control law based on equation (1) to obtain a driving force signal. This is input to a drive driver attached to the motor, and a current is supplied to the motor to control vibration.

図2(b)(c)は、図1と図2(a)の並列配置の代替構造を示したものである。アクチュエータをロードセルに対して直列に配置した場合である。アクチュエータを推力架台側に配置するか、支持ブラケット側に配置するかによって2通りが考えられる。この場合には、式(1)の制御力には剛性付加も適用できるし、構造的に高い剛性をもった圧電素子の適用も可能である。   FIGS. 2B and 2C show an alternative structure of the parallel arrangement of FIGS. 1 and 2A. This is a case where the actuator is arranged in series with the load cell. There are two possible methods depending on whether the actuator is arranged on the thrust base side or the support bracket side. In this case, rigidity addition can be applied to the control force of Expression (1), and a piezoelectric element having a structurally high rigidity can also be applied.

図3は、剛性と減衰比の影響を示すシミュレーション結果である。この図において、(A)は剛性を基準1.0kに対して半分の0.5kと2倍の2.0kに変化させたときの特性である。また(B)は減衰比を0.04,0.1,0.4と変化させた場合と、減衰比を0.4にしかつ剛性を2.0kに変化させた場合である。なお、各図において、横軸は周波数、縦軸は静的応答倍率である。
図3(A)から、剛性を小さくすると、静的応答倍率が大きくなるので検出感度は向上できるが、共振点が低下するため、振動が重畳しやすくなる。また、逆に剛性が大きくなると、共振点は高周波側に移行するので、動的応答の影響を受けにくくなるが、検出感度は低下する。更に、高周波域での特性は、剛性によらず変化しないことがわかる。
一方、図3(B)から、減衰比を大きくすると、共振ピークは低減するが、共振ピークを外れた領域では大きな変化はない。剛性を高くし、かつ減衰も高くすると、ふらっとな周波数領域が広がる。
したがって、剛性と減衰比を最適化することにより、検出感度が高く、かつ振動の重畳を抑えることができることがわかる。
FIG. 3 is a simulation result showing the influence of rigidity and damping ratio. In this figure, (A) shows the characteristics when the rigidity is changed to 0.5k, which is half of the standard 1.0k, and 2.0k, which is twice. (B) shows a case where the damping ratio is changed to 0.04, 0.1 and 0.4, and a case where the damping ratio is changed to 0.4 and the rigidity is changed to 2.0 k. In each figure, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents static response magnification.
As shown in FIG. 3A, when the rigidity is reduced, the static response magnification is increased, so that the detection sensitivity can be improved. However, since the resonance point is lowered, vibration is easily superimposed. On the other hand, when the rigidity increases, the resonance point shifts to the high frequency side, so that it is less affected by the dynamic response, but the detection sensitivity decreases. Further, it can be seen that the characteristics in the high frequency range do not change regardless of the rigidity.
On the other hand, from FIG. 3B, when the damping ratio is increased, the resonance peak is reduced, but there is no significant change in a region outside the resonance peak. When the rigidity is increased and the damping is increased, the frequency range is broadened.
Therefore, it can be seen that by optimizing the rigidity and the damping ratio, the detection sensitivity is high and the superposition of vibration can be suppressed.

図4はアクティブ制御の効果を示す特性図である。この図において、(A)はアクティブ制御なしの場合、(B)はアクティブ制御を施した場合であり、それぞれ上から(a)入力推力、(b)制御力、(c)推力架台の変位、(d)検出推力である。なお、各図において、横軸は時間である。
この図から、アクティブ制御を施すと、振動による動的成分が低減され、パルス推力の本来の波形が検出できることがわかる。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the effect of active control. In this figure, (A) shows the case without active control, and (B) shows the case with active control. From above, (a) input thrust, (b) control force, (c) displacement of the thrust base, (D) The detected thrust. In each figure, the horizontal axis is time.
From this figure, it can be seen that when active control is performed, the dynamic component due to vibration is reduced and the original waveform of the pulse thrust can be detected.

図5は、スラスタ推力を実測した結果である。この図において、(A)はアクティブ制御なしの場合、(B)はアクティブ制御を施した場合であり、それぞれ図中の下側に入力推力、上側の曲線が検出推力である。なお、各図において、横軸は時間であり、縦軸は異なる縮尺で推力を示している。
この図から、実際の燃焼試験でも、アクティブ制御を施した場合は、振動が低減され、良好な推力波形が得られることがわかる。
FIG. 5 shows the results of actual measurement of thruster thrust. In this figure, (A) shows the case without active control, and (B) shows the case with active control. The input thrust is on the lower side and the upper curve is the detected thrust in the figure, respectively. In each figure, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents thrust at different scales.
From this figure, it can be seen that even in an actual combustion test, when active control is performed, vibration is reduced and a good thrust waveform is obtained.

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.

本発明のアクティブ制御パルス推力測定装置の構成図である。It is a block diagram of the active control pulse thrust measuring apparatus of this invention. 本発明によるアクチュエータの配置例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of arrangement | positioning of the actuator by this invention. 剛性と減衰比の影響を示すシミュレーション結果である。It is a simulation result which shows the influence of rigidity and damping ratio. アクティブ制御の効果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the effect of active control. スラスタ推力を実測した結果である。It is the result of measuring thruster thrust. 特許文献1の模式図である。10 is a schematic diagram of Patent Document 1. FIG. 従来のパルス推力測定装置の模式図である。It is a schematic diagram of the conventional pulse thrust measuring device. 従来のパルス推力計測装置で計測したパルス推力計測結果の一例である。It is an example of the pulse thrust measurement result measured with the conventional pulse thrust measuring device.

符号の説明Explanation of symbols

2 スラスタ、4 基礎、
10 アクティブ制御パルス推力測定装置、
12 推力架台、14 支持部材、16 固定部材、
18 荷重検出器(ロードセル)、20 変位検出手段(渦電流センサ)、
22 アクチュエータ(リニアモータ)、24 アクティブ制御装置

2 thrusters, 4 basics,
10 Active control pulse thrust measuring device,
12 thrust mounts, 14 support members, 16 fixing members,
18 load detector (load cell), 20 displacement detection means (eddy current sensor),
22 Actuator (Linear Motor), 24 Active Control Device

Claims (3)

推力を発生するスラスタが取り付けられた推力架台と、該推力架台を推力方向に移動可能に支持する支持部材と、推力架台の外部に固定された固定部材と、固定部材と推力架台との間に挟持されその間に作用する荷重を検出する荷重検出器と、推力架台の推力方向の変位xを検出する変位検出手段と、推力架台に推力方向の外力uを付加するアクチュエータと、前記変位xに応じてアクチュエータの外力uを制御するアクティブ制御装置とを備え、これにより推力架台の剛性および/または減衰特性をアクティブ制御する、ことを特徴とするアクティブ制御パルス推力測定装置。 A thrust base to which a thruster that generates thrust is attached; a support member that supports the thrust base to be movable in a thrust direction; a fixing member that is fixed to the outside of the thrust base; and a fixing member and the thrust base. A load detector for detecting the load that is sandwiched and acting between them, a displacement detection means for detecting the displacement x in the thrust direction of the thrust mount, an actuator for adding an external force u in the thrust direction to the thrust mount, and the displacement x And an active control device for controlling the external force u of the actuator, thereby actively controlling the rigidity and / or damping characteristics of the thrust mount. 前記アクチュエータは、リニアモータ、ピエゾアクチュエータ、または超磁歪アクチュエータである、ことを特徴とする請求項1に記載のアクティブ制御パルス推力測定装置。 The active control pulse thrust measuring device according to claim 1, wherein the actuator is a linear motor, a piezo actuator, or a giant magnetostrictive actuator. 前記アクチュエータは、リニアモータであり、前記アクティブ制御装置により、変位xから速度dx/dtを求め、これに所定の速度フィードバックゲインKvを掛けた値Kv・dx/dtをアクチュエータの推力uとして推力と逆方向に制御する、ことを特徴とする請求項1に記載のアクティブ制御パルス推力測定装置。


The actuator is a linear motor, and a speed dx / dt is obtained from the displacement x by the active control device, and a value Kv · dx / dt obtained by multiplying the speed dx / dt by a predetermined speed feedback gain Kv is used as a thrust u of the actuator. 2. The active control pulse thrust measuring device according to claim 1, wherein control is performed in the reverse direction.


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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100924660B1 (en) * 2008-02-27 2009-11-03 한국항공대학교산학협력단 Apparatus and method for measurementing a impulse of thruster
CN103471756A (en) * 2013-09-05 2013-12-25 兰州空间技术物理研究所 Ground measurement method for electric propulsion thrust
CN107907258A (en) * 2017-12-27 2018-04-13 横店集团英洛华电气有限公司 Electric pushrod propulsion test device
CN117451238A (en) * 2023-12-19 2024-01-26 哈尔滨工业大学 On-orbit optical detection method and device for propeller thrust fluctuation based on neural network

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102937496A (en) * 2012-10-22 2013-02-20 西北工业大学 Thrust measuring device of mini-type solid chemical thruster

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100924660B1 (en) * 2008-02-27 2009-11-03 한국항공대학교산학협력단 Apparatus and method for measurementing a impulse of thruster
CN103471756A (en) * 2013-09-05 2013-12-25 兰州空间技术物理研究所 Ground measurement method for electric propulsion thrust
CN107907258A (en) * 2017-12-27 2018-04-13 横店集团英洛华电气有限公司 Electric pushrod propulsion test device
CN117451238A (en) * 2023-12-19 2024-01-26 哈尔滨工业大学 On-orbit optical detection method and device for propeller thrust fluctuation based on neural network
CN117451238B (en) * 2023-12-19 2024-04-09 哈尔滨工业大学 On-orbit optical detection method and device for propeller thrust fluctuation based on neural network

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