航天控制器多余物检测系统设计

摘要

航天控制器是在卫星和火箭等航天飞行器的点火、通信、导航和显示等电子系统中发挥控制作用的航天电子设备,其可靠性直接影响航天系统的可靠性。在航天控制器的生产、加工、装配、运输和调试等各个环节均有可能引入导线皮、金属屑、焊锡渣、芯片壳和硅胶渣等多余物,这些多余物对航天控制器的可靠性造成严重威胁。为了提高航天控制器的可靠性,本文对航天控制器多余物检测系统展开深入研究。目前,国内外对电子元器件多余物检测的研究取得了大量成果,但专门针对航天控制器多余物检测的研究至今未见报道。2010年推出的MORET-300型航天电子设备多余物检测系统,采用手摇式转台驱动负载,主要存在两大缺点：不能给负载提供较大加速度,多余物检测精度低；不能实现转台的自动控制,试验条件受人工因素影响大。
　　本文对MORET-300型检测系统的手摇式转台进行改进,选择电机和设计传动机构实现转台的自动控制,然后根据航天控制器多余物信号的特点进行系统硬件设计和软件设计,实现多余物的有无检测。硬件设计主要包括：⑴选择声发射传感器和加速度传感器对声音信号和加速度信号进行转换；⑵设计声音信号调理电路和加速度信号调理电路对声音信号和加速度信号进行调理；⑶设计数据采集电路对声音信号和加速度信号进行采集,并传输至上位机。软件设计主要包括：使用C语言和Verilog语言进行下位机软件设计,实现电机调速、数据采集、数据存储和数据传输；使用VC++和MATLAB进行上位机软件设计,实现数据采集、存储、算法处理、实时显示和打印等功能。航天控制器多余物信号是非线性非平稳信号,鉴于希尔伯特-黄变换在处理非线性非平稳信号方面的优势,本文提出基于希尔伯特-黄变换的航天控制器多余物检测方法。该方法首先对多余物信号进行经验模态分解,求出各阶固有模态函数和残差,然后对固有模态函数进行希尔伯特变换求得信号的希尔伯特边际谱,最后通过希尔伯特边际谱对信号进行特征分析,从而实现多余物有无检测。经过试验验证,本文所研制的检测系统,其多余物有无检测准确率大于90％,金属和非金属多余物分辨率均达到设计指标。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 多余物检测系统的研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 航天控制器多余物检测系统机械设计

2.1 引言

2.2 手摇式转台简介

2.3 机械设计方案

2.3.1 主要功能

2.3.2 技术指标

2.3.3 设计方案

2.4 机械结构具体设计

2.4.1 转台传动方式的选择

2.4.2 电机工作方式的选择

2.4.3 传动机构尺寸的确定

2.4.4 电机的选型

2.4.5 减速装置的选择

2.4.6 整体机械结构的确定

2.5 本章小结

第3章 航天控制器多余物检测系统硬件和软件设计

3.1 引言

3.2检测系统总体方案

3.2.1 主要功能

3.2.2 技术指标

3.2.3 总体方案

3.3 检测系统硬件设计

3.3.1 传感器的选择

3.3.2 变频器的选择

3.3.3 变频器控制电路

3.3.4 声音信号调理电路

3.3.5 加速度信号调理电路

3.3.6 数据采集电路

3.4 检测系统软件设计

3.4.1 下位机软件

3.4.1.1 电机转速控制程序

3.4.1.2 数据采集程序

3.4.2 上位机软件

3.4.2.1 试验过程控制子程序

3.4.2.2 数据采集子程序

3.4.2.3 数据存储模块子程序

3.5 本章小结

第4章 基于希尔伯特-黄变换的多余物检测方法

4.1 引言

4.2 航天控制器多余物信号特点

4.3 基于希尔伯特-黄变换的多余物检测方法

4.3.1 希尔伯特-黄变换的原理

4.3.2多余物信号的EMD分解

4.3.3多余物信号的特征分析

4.4 检测系统实验验证

4.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致 谢