专利名称：针对卫星飞轮的扰动仿真的实现方法
技术领域：
本发明涉及卫星飞轮的扰动仿真，具体是ー种通过对飞轮的地面试验数据的分析和优化，最終通过数学模型实现扰动量的针对卫星飞轮的扰动仿真的实现方法。
背景技术：
随着卫星技术的不断发展，卫星结构越来越复杂，载荷也在不断增多，同时载荷对卫星平台的要求越来越高，微振动问题成为制约高精度高稳定度卫星发展的主要因素。而目前所进行的相关研究仅仅停留在试验上，这极大的限制了卫星的研制进度。
对于目前的飞轮微振动的仿真方法是通过物理參数指标，计算出飞轮的扰动量级，再输入到仿真的有限元模型中评估飞轮的扰动影响。这主要是通过理论计算动不平衡方法来实现扰动カ的仿真。利用这种分析方法已经对很多卫星型号的卫星的扰动环境进行了分析，但是，这种方法目前还存在着ー些不足，主要有I)由于动不平衡的频率成分比较单一，无法覆盖飞轮工作时的主要频率成分，所以对于仿真的准确度有很大的影响；2)仿真分析时没有考虑控制模式导致频率成分和飞轮自身的固有频率成分，因此对于共振点的仿真不能逼真；3)这类仿真方法的针对性不强，无法区别零动量轮和偏置动量轮的区別，因此仿真时存在一定的缺陷。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种针对卫星飞轮的扰动仿真的实现方法。本发明是通过以下技术方案实现的。一种针对卫星飞轮的扰动仿真的实现方法，包括步骤1，对卫星飞轮扫频过程中的数据进行瀑布图分析，获得飞轮扫频过程中的主要频率成分分布；步骤2，对瀑布图中的卫星飞轮某ー频率成分随转速变化过程中的变化趋势进行判读，并获得频率变化过程中的幅值变化曲线，并对该幅值曲线进行拟合获得其随频率变化的函数关系，依次类推，获得分析带宽内的主要频率成分的所有幅值变化曲线并进行拟合获得，转速变化时的频率分布和响应曲线；步骤3，获得某一定频或者变频时间段内的扰动变化曲线，通过计算公式合成作为卫星微振动仿真过程中的扰动输入。所述步骤I中飞轮扫频过程中的数据为通过加速度传感器将飞轮产生的振动信号感知，并通过采集卡将模拟信号转变为数字信号。所述加速度传感器提取压电电压信号，其数字特征是以电压为幅值的时间序列。所述加速度传感包括数据采集卡和传输线，所述数据采集卡将压电信号转变为数字信号，所述传输线实现信号的抗干扰屏蔽传输。所述步骤2中主要频率成分包括转频及其倍频成分、卫星飞轮的固有频率以及转速控制所产生的控制频率，还包括对数字信号的傅立叶变换、提取频率点的幅值大小。所述步骤3中计算公式采用幅值谱计算公式。本发明提供的针对卫星飞轮的扰动仿真的实现方法，与现有技术相比具有以下特点I)数据真实，为试验数据提取的信号特征，接近在轨状态下的飞轮的真实扰动；2)通用性强，某ー卫星飞轮的扰动模型一旦建立完成后，可以保存于扰动数据库中，未来卫星型号采用同样类型的飞轮时，可直接调用扰动模型进行仿真计算。
图I为针对卫星飞轮的扰动仿真分析系统示意图；图2为本发明流程图。
具体实施例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。本实施例提供了一种针对卫星飞轮的扰动仿真的实现方法，本实施例包括以下步骤步骤1，对卫星飞轮扫频过程中的数据进行瀑布图分析，获得卫星飞轮扫频过程中的主要频率成分分布；飞轮扫频过程中的数据为通过加速度传感器将飞轮产生的振动信号感知，并通过采集卡将模拟信号转变为数字信号；加速度传感器提取压电电压信号，其数字特征是以电压为幅值的时间序列；加速度传感器包括数据采集卡和传输线，所述数据采集卡将压电信号转变为数字信号，所述传输线实现数字信号的抗干扰屏蔽传输；步骤2，对瀑布图中的卫星飞轮某ー频率成分随转速变化过程中的变化趋势进行判读，并获得频率变化过程中的幅值变化曲线，并对该幅值曲线进行拟合获得其随频率变化的函数关系，依次类推，获得分析带宽内的主要频率成分的所有幅值变化曲线并进行拟合获得，转速变化时的频率分布和响应曲线；步骤3，获得某一定频或者变频时间段内的扰动变化曲线，通过计算公式合成作为卫星微振动仿真过程中的扰动输入；计算公式采用幅值谱计算公式。在本实施例中，主要频率成分包括转频及其倍频成分、卫星飞轮的固有频率以及转速控制所产生的控制频率，还包括对数据的傅立叶变换、提取频率点的幅值大小。在本实施例中I.建立飞轮产生的干扰カ和力矩的频域模型，需要计算其相应的幅值谱(Amplitude Spectrum)以及功率谱密度(PSD, power spectrum density)。2.确定谐波数建立飞轮模型，首先需要从试验数据中识别出谐波数，确定出谐波数的关键是从数据的瀑布图中对所有的振幅进行检查，并找出飞轮谐波引起的峰值。
3.确定幅值大小对信号的幅值进行估计，通常采用幅值谱计算公式。通过对取定的数据长度作幅值谱分析，可以得出所分析的数据长度内的各频率成分的幅值与频率的关系，利用幅值谱计算公式可以得到振动试验数据的幅值谱，根据幅值谱和谱密度峰值可以得出最大振幅及所对应的频率。计算时为防止能量泄露，造成谱峰值减小精度降低，数据的长度一般取为2的幂次，采样频率尽量高，数据长度尽量增加以保证分辨率要求。上面的仿真信号模拟了飞轮扰动模型，包括转频及其倍频、摇摆模态和飞轮的固有模态与转频间的耦合情况的仿真。根据飞轮振动模型和试验数据建立整星状态下的飞轮扰动输入模型，可以对载荷界面进行扰动仿真输入，为整星仿真提供真实的信号，同时为减振、隔振系统的设计提供隔振输入。
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形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
权利要求
1.一种针对卫星飞轮的扰动仿真的实现方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤I，对卫星飞轮扫频过程中的数据进行瀑布图分析，获得卫星飞轮扫频过程中的主要频率成分分布； 步骤2，对瀑布图中的卫星飞轮某ー频率成分随转速变化过程中的变化趋势进行判读，并获得频率变化过程中的幅值变化曲线，并对该幅值曲线进行拟合获得其随频率变化的函数关系，依次类推，获得分析带宽内的主要频率成分的所有幅值变化曲线并进行拟合获得，转速变化时的频率分布和响应曲线； 步骤3，获得某一定频或者变频时间段内的扰动变化曲线，通过计算公式合成作为卫星微振动仿真过程中的扰动输入。
2.根据权利要求I所述的针对卫星飞轮的扰动仿真的实现方法，其特征在于，所述步骤I中飞轮扫频过程中的数据为通过加速度传感器将飞轮产生的振动信号感知，并通过采集卡将模拟信号转变为数字信号。
3.根据权利要求2所述的针对卫星飞轮的扰动仿真的实现方法，其特征在于，所述加速度传感器提取压电电压信号，其数字特征是以电压为幅值的时间序列。
4.根据权利要求3所述的针对卫星飞轮的扰动仿真的实现方法，其特征在于，所述加速度传感器包括数据采集卡和传输线，所述数据采集卡将压电信号转变为数字信号，所述传输线实现数字信号的抗干扰屏蔽传输。
5.根据权利要求I所述的针对卫星飞轮的扰动仿真的实现方法，其特征在于，所述主要频率成分包括转频及其倍频成分、卫星飞轮的固有频率以及转速控制所产生的控制频率，还包括对数据的傅立叶变换、提取频率点的幅值大小。
6.根据权利要求I所述的针对卫星飞轮的扰动仿真的实现方法，其特征在于，所述步骤3中计算公式采用幅值谱计算公式。
全文摘要
本发明公开了一种针对卫星飞轮的扰动仿真的实现方法，通过加速度传感器将卫星飞轮产生的振动信号感知，并通过采集卡将模拟信号转变为数字信号，提取信号中的主要频率成分及幅值大�。缓笸ü扑愎胶铣晌陕值娜哦抡媸淙�。本发明解决卫星飞轮仿真时信号成分真实度欠佳的问题，数据采集部分主要包括振动加速度传感器、数据采集系统和采集软件几部分。本发明提出了一种基频及其倍频、结构固有频率以及力矩控制过程中产生的频率成分合成的信号处理方法，通过对采集信号的分析、识别，并进行合成，作为仿真输入，从而完成作为系统扰动输入的功能。
文档编号G01M7/02GK102829940SQ20121028547
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月10日 优先权日2012年8月10日
发明者赵发刚, 周徐斌, 申军烽, 顾亦磊, 杜冬 申请人:上海卫星工程研究所
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