空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器的传感器量化方法

摘要

空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器的传感器量化方法，属于空间光学有效载荷对空间平台微振动环境适应性测试技术领域，本发明的目的在于实现一种空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器的传感器量化方法，包括以下步骤：第一步，确定控制环路型式，第二步，确定传感器类型及灵敏度，第三步，确定控制量程及最小控制步长，第四步，确定传感器量化位宽，第五步，环路传感器增益补偿；本发明解决了空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器的传感器量化问题，实现控制环路多传感器量化的归一化处理及分辨率整定，避免在数字控制器中对传感器归一化处理引入大量的除法运算降低控制器的运算性能和控制精度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器的传感器量化方 法，属于空间光学有效载荷对空间平台微振动环境适应性测试技术领域。

背景技术

空间光学有效载荷是搭载在卫星上用来获取感兴趣目标光学信息的专用成 像设备。在相同应用条件下，为了获得高质量、高分辨率的图像，光学载荷的 体积、通光口径越来越大，同时对其所处的卫星平台的微振动环境要求也越来 越高。卫星平台上由于机构运动、太阳帆板冷热导致的震颤、力矩陀螺扰动等 因素造成光学有效载荷所处的卫星平台环境是微振动的，这种平台微振动已成 为制约高分辨率空间有效载荷成像质量的重要因素。

然而目前尚未形成统一的针对高分辨率空间有效载荷的微振动地面试验验 证方法，多数试验方法是面向组件级等效模型的，而且在微振动自由度、耦合 路径上也与有效载荷实际在轨环境有很大的差异，开展面向遥感器整器微振动 的地面验证试验方法未见报道，地面测试试验尚处于起步阶段，测试技术及手 段有限，尤其缺少适用于开展面向整器微振动试验的卫星平台微振动源模拟方 法，相应的空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器控制环路传感器量化方法也 是一项技术空白。

发明内容

本发明的目的在于实现一种空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器的传感 器量化方法，实现控制环路多传感器量化的归一化处理及分辨率整定。

本发明解决技术问题的技术方案是：

空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器的传感器量化方法，包括以下步骤：

第一步，确定控制环路型式，空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器6的 控制输入参数为电压量7、输出参数有流过促动器绕组的电流值8和作用在促动 器动子上的电磁力9，系统为双环路控制，内环为电流控制环，外环为力控制环；

第二步，确定传感器类型及灵敏度，空间光学有效载荷力扰动模拟源促动 器的传感器为动态力传感器10，量程为±445N，灵敏度为10.5mV/N；

第三步，确定控制量程及最小控制步长，电流量控制的量程为±4A，对应的 数字控制范围为0～7500，数字量最小控制步长为1；

第四步，确定传感器量化位宽，力传感器10的模拟量输出范围为±5V，采 用16位的模数转换器对其进行数字量化，电压量数字灵敏度为0.153mV/bit；

第五步，环路传感器增益补偿，力传感器经数字量化后68.81175字等效于 1N的力，为了保证控制环路的增益平衡，在信号的输入端11的增益B环节12 对输入信号扩大68.81175倍，在PID信号13后端的增益C环节14对信号进行 68.81175倍的衰减，并与电流控制量进行归一化处理，最终确定的等效环节15 的表达式为PID控制器13的输出值乘以13.79再加上3750，在等效环节15中 PID计算输出等效放大了13.79倍，如果需要改变PID等效输出放大倍数，可以 通过协同改变传感器模拟量增益16和增益B环节12实现。

本发明的积极效果：本发明解决了空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器 的传感器量化问题，实现控制环路多传感器量化的归一化处理及分辨率整定， 避免在数字控制器中对传感器归一化处理引入大量的除法运算降低控制器的运 算性能和控制精度。

附图说明

图1是本发明空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器的传感器量化方法的 步骤流程示意图。

图2是本发明空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器的传感器量化方法环 路增益量化框图。

具体实施方式

如图1所示，空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器控制环路传感器量化 方法，其包括有：确定控制环路型式1，确定环路传感器类型及灵敏度2，确定 控制量程及最小控制步长3，确定传感器量化位宽4和环路传感器增益补偿5。 其中，驱动器采用Copley JSP-180-10，控制器采用DSP28335，力传感器采用 PCB公司的208C02，力反馈环路更新控制频率设置为10kHz，电流控制指令采 用PWM方式，100％PWM对应电流指令4A，50％PWM对应电流指令0A， 0％PWM对应电流指令-4A。

如图2所示，本发明方法的具体步骤为：

第一步，确定控制环路型式，空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器6的 控制输入参数为电压量7、输出参数有流过促动器绕组的电流值8和作用在促动 器动子上的电磁力9，系统为双环路控制，内环为电流控制环，外环为力控制环。

第二步，确定传感器类型及灵敏度，空间光学有效载荷力扰动模拟源促动 器的传感器为动态力传感器10，量程为±445N，灵敏度为10.5mV/N。

第三步，确定控制量程及最小控制步长，电流量控制的量程为±4A，对应的 数字控制范围为0～7500，数字量最小控制步长为1。

第四步，确定传感器量化位宽，力传感器10的模拟量输出范围为±5V，采 用16位的模数转换器对其进行数字量化，电压量数字灵敏度为0.153mV/bit。

第五步，环路传感器增益补偿，力传感器经数字量化后68.81175字等效于 1N的力，为了保证控制环路的增益平衡，在信号的输入端11的增益B环节12 对输入信号扩大68.81175倍，在PID信号13后端的增益C环节14对信号进行 68.81175倍的衰减，并与电流控制量进行归一化处理，最终确定的等效环节15 的表达式为PID控制器13的输出值乘以13.79再加上3750，在等效环节15中 PID计算输出等效放大了13.79倍，如果需要改变PID等效输出放大倍数，可以 通过协同改变传感器模拟量增益16和增益B环节12实现。