一种标定磁力矩器磁矩的方法和系统

摘要

本发明涉及磁矩标定技术领域，尤其涉及一种标定磁力矩器磁矩的方法和系统，方法包括：获取第一预设位置的且沿待标定磁力矩器的绕组的轴向的磁感应强度，根据第一公式得到待标定磁力矩器的磁矩；只需要获取第一预设位置的且沿待标定磁力矩器的绕组的轴向的磁感应强度，就能够对待标定磁力矩器的磁矩进行标定，即得到待标定磁力矩器的磁矩，不需要多次测量，过程简单，且结合目标修正系数，进一步提高所得到的待标定磁力矩器的磁矩的准确度。

说明书

技术领域

本发明涉及磁矩标定技术领域，尤其涉及一种标定磁力矩器磁矩的方法和系统。

背景技术

磁力矩器是卫星姿态控制的执行组件之一，包括绕组和磁芯，绕组绕制在磁芯上，通过控制通入磁力矩器的电流，具体控制通入绕组内的电流，可以控制磁力矩器所产生的磁矩的大小和方向，如图1所示，在轨运行中与地磁场相互作用，产生所需的控制力矩，实施姿态控制，包括入轨后星体初始转动的阻尼、动量轮卸载和三轴方向上的进动控制和章动阻尼。

每个磁力矩器出厂之前都必须进行磁矩标定，给出其磁矩与电流的关系。传统的标定磁力矩器磁矩的方法是赤道作图法，过程如下：

将被测磁力矩器放置在转动平台的中心，在试件的赤道平面内，放置三台或四台三分量磁强计，且距离转动平台中心一定的距离，被测磁力矩器水平旋转360°，每隔一定角度比如10°，测量一次磁场值，这样得到一组角度和磁场的测量值，再通过公司反演出磁矩。此方法测试过程较为复杂，效率低下，且容易收到环境磁场波动的干扰。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种标定磁力矩器磁矩的方法和系统。

本发明的一种标定磁力矩器磁矩的方法的技术方案如下：

获取第一预设位置的且沿待标定磁力矩器的轴向的磁感应强度B

根据第一公式得到所述待标定磁力矩器的磁矩M，所述第一公式为：

本发明的一种标定磁力矩器磁矩的方法的有益效果如下：

只需要获取第一预设位置的且沿待标定磁力矩器的轴向的磁感应强度，就能够对待标定磁力矩器的磁矩进行快速标定，即快速得到待标定磁力矩器的磁矩，不需要多次测量，过程简单，且结合目标修正系数，进一步提高所得到的待标定磁力矩器的磁矩的准确度。

在上述方案的基础上，本发明的一种标定磁力矩器磁矩的方法还可以做如下改进。

进一步，还包括：

当所述待标定磁力矩器的磁芯为圆柱形磁芯时，利用第二公式获取所述目标修正系数

进一步，所述第二公式的获取过程，包括：

获取第二预设位置的且沿第一磁力矩器的轴向的磁感应强度

将所述圆柱形磁芯的特征尺寸k

进一步，所述获取第一预设位置的且沿待标定磁力矩器的绕组的轴向的磁感应强度

向所述待标定磁力矩器正向供电第一预设时长，获取所述第一预设位置的且沿所述待标定磁力矩器的绕组的轴向的第一磁感应强度A

断电第二电预设时长，获取所述第一预设位置的且沿所述待标定磁力矩器的绕组的轴向的第二磁感应强度A

向待标定磁力矩器反向供电第三预设时长，获取所述第一预设位置的且沿所述待标定磁力矩器的绕组的轴向的第三磁感应强度A

断电第四电预设时长，获取所述第一预设位置的且沿所述待标定磁力矩器的绕组的轴向的第四磁感应强度A

将第一计算磁感应强度B

进一步，还包括：

将所述第一预设时长的末尾时刻与预设磁感应强度B

本发明的一种标定磁力矩器磁矩的系统的技术方案如下：

包括第一获取模块和第二获取模块；

所述第一获取模块用于：获取第一预设位置的且沿待标定磁力矩器的轴向的磁感应强度

所述第二获取模块用于：根据第一公式得到所述待标定磁力矩器的磁矩M，所述第一公式为：

本发明的一种标定磁力矩器磁矩的系统的有益效果如下：

只需要获取第一预设位置的且沿待标定磁力矩器的轴向的磁感应强度，就能够对待标定磁力矩器的磁矩进行快速标定，即快速得到待标定磁力矩器的磁矩，不需要多次测量，过程简单，且结合目标修正系数，进一步提高所得到的待标定磁力矩器的磁矩的准确度。

在上述方案的基础上，本发明的一种标定磁力矩器磁矩的系统还可以做如下改进。

进一步，还包括第三获取模块，所述第三获取模块用于：

当所述待标定磁力矩器的磁芯为圆柱形磁芯时，利用第二公式获取所述目标修正系数

进一步，所述所述第三获取模块具体用于：

获取第二预设位置的且沿第一磁力矩器的轴向的磁感应强度

将所述圆柱形磁芯的特征尺寸k

进一步，所述第一获取模块具体用于：

向所述待标定磁力矩器正向供电第一预设时长，获取所述第一预设位置的且沿所述待标定磁力矩器的绕组的轴向的第一磁感应强度A

断电第二电预设时长，获取所述第一预设位置的且沿所述待标定磁力矩器的绕组的轴向的第二磁感应强度A

向待标定磁力矩器反向供电第三预设时长，获取所述第一预设位置的且沿所述待标定磁力矩器的绕组的轴向的第三磁感应强度A

断电第四电预设时长，获取所述第一预设位置的且沿所述待标定磁力矩器的绕组的轴向的第四磁感应强度A

将第一计算磁感应强度B

进一步，还包括确定模块，所述确定模块用于：

将所述第一预设时长的末尾时刻与预设磁感应强度B

附图说明

图1为定磁力矩器的工作原理示意图；

图2为本发明实施例的一种标定磁力矩器磁矩的方法的流程示意图；

图3为辅助测量设备的结构示意图；

图4为螺线管的磁矩的示意图；

图5为本发明实施例的一种标定磁力矩器磁矩的系统的结构示意图。

具体实施方式

如图2所示，本发明实施例的一种标定磁力矩器磁矩的方法，包括如下步骤：

S1、获取第一预设位置的且沿待标定磁力矩器的轴向的磁感应强度，具体地：获取第一预设位置的且沿待标定磁力矩器的轴向的磁感应强度

S2、获取待标定磁力矩器的磁矩M：具体地：

根据第一公式得到所述待标定磁力矩器的磁矩M，所述第一公式为：

其中，待标定磁力矩器的中心点位置指：待标定磁力矩器的磁芯的几何中心点的位置，由于绕组多以对称结构绕制在在磁芯上，则待标定磁力矩器的绕组的中心点位置也可理解为待标定磁力矩器的磁芯的几何中心点的位置，即待标定磁力矩器的磁芯的几何中心点的位置与待标定磁力矩器的绕组的几何中心点的位置重合。

其中，第一预设位置位于待标定磁力矩器的绕组的轴向上。

其中，可通过如下方式确定目标修正系数

1)当所述待标定磁力矩器的磁芯为圆柱形磁芯时，利用第二公式获取所述目标修正系数

S30、获取第二预设位置的且沿第一磁力矩器的轴向的磁感应强度B

S31、将圆柱形磁芯的特征尺寸k

其中，可利用ANSYS、MAXWELL等电磁仿真软件，通过设置条件，使所述第一磁力矩器的磁矩与所述第二磁力矩器的磁矩相同，并使所述第一磁力矩器的磁矩沿所述第一磁力矩器的轴向均匀分布，然后仿真计算

计算第二预设位置的且沿预设空心螺线管的轴向的磁感应强度

其中，第二预设位置位于第一磁力矩器的轴向上，第三预设位置位于第二磁力矩器的轴向上。

其中，也可采用空心螺线管作为第一磁力矩器。

2)根据经验人为确定目标修正系数β

只需要获取第一预设位置的且沿待标定磁力矩器的绕组的轴向的磁感应强度，就能够对待标定磁力矩器的磁矩进行快速标定，即快速得到待标定磁力矩器的磁矩，不需要多次测量，过程简单，且结合目标修正系数，进一步提高所得到的待标定磁力矩器的磁矩的准确度。

可选地，在上述技术方案中，所述获取第一预设位置的且沿待标定磁力矩器的绕组的轴向的磁感应强度

S10、向所述待标定磁力矩器正向供电第一预设时长，获取所述第一预设位置的且沿所述待标定磁力矩器的绕组的轴向的第一磁感应强度A

S11、断电第二电预设时长，获取所述第一预设位置的且沿所述待标定磁力矩器的绕组的轴向的第二磁感应强度A

S12、向待标定磁力矩器反向供电第三预设时长，获取所述第一预设位置的且沿所述待标定磁力矩器的绕组的轴向的第三磁感应强度A

S13、断电第四电预设时长，获取所述第一预设位置的且沿所述待标定磁力矩器的绕组的轴向的第四磁感应强度A

将第一计算磁感应强度B

为便于执行上述S11至S13，利用辅助测量设备进行辅助测量，如图3所示，辅助测量设备包括：电路控制箱1、方位转轴2、水平轨道3、滑块4、待标定磁力矩器5、支撑滑块6、一维磁强计探头7、固定螺钉8和底座；

所述方位转轴2的一端固定在底座上，使方位转轴2垂直与底座设置，方位转轴2的另一端连接水平轨道3，且水平轨道3能够以方位转轴2的另一端旋转；两个滑块4设置在方位转轴2上，并且只能够沿水平轨道3的轴向来回滑动，并可以相对水平轨道3锁死，即固定在水平轨道3的任何位置，具体可通过螺纹固定方式实现，两个滑块4上带有简易夹具，可以固定各种类型的待标定磁力矩器5；简易夹具可根据实际情况选用，水平轨道3的左侧且在竖直方向上开设与支撑滑块6适配的方型孔，具体地：支撑滑块6的横截面略小于方型孔即可，以支持支撑滑块6可沿方型孔竖直滑动，并可用螺钉进行位置固定；支持滑块4上面安装有一维磁强计探头7，一维磁强计探头7的磁轴平行于水平轨道3；即通过一维磁强计探头7获取所述第一预设位置的且沿所述待标定磁力矩器5的绕组的轴向的第一磁感应强度A

其中，电路控制箱1内，集成有一维磁强计探头7的驱动电路和模数转换电路，还集成程控直流电源，以便于给待标定磁力矩器5供电，还集成有可与计算机通信的接口，通过计算机读取记录一维磁强计探头7所采集的磁感应强度，还能够控制电源的电压大小和方向，以实现“向所述待标定磁力矩器5正向供电第一预设时长、断电第二电预设时长、向待标定磁力矩器5反向供电第三预设时长和断电第四电预设时长”；

当安装好一维磁强计探头7和待标定磁力矩器5，调整一维磁强计探头7的高度，使一维磁强计探头7位于待标定磁力矩器5的轴线上，调整滑块4位置，使待标定磁力矩器5的中心点位置与一维磁强计探头7的距离为两倍的待标定磁力矩器5，并固定；然后：

旋转方位转轴2，使一维磁强计探头7的读数不超过100nT，这样可以忽略环境磁场对待标定磁力矩器5的磁化影响，提高测试精度，控制电路控制箱1向待标定磁力矩器5供电，以执行S10至S13，其中，第一预设时长、第二预设时长、第三预设时长和第四预设时长可根据实际情况设置，例如，第一预设时长、第二预设时长、第三预设时长和第四预设时长均为1秒，电路控制箱1给磁力矩器供电(额定电压)持续1秒；断电持续1秒；反向供电持续1秒；由于待标定磁力矩器5的时间常数处于100ms量级，在1秒的末端，可以认为磁强计已经处于稳定状态，断电持续1秒，记录这4秒内的一维磁强计探头7的读数，得到第一磁感应强度A

假设测试时沿沿所述待标定磁力矩器5的绕组的轴向的环境磁场是B

A

可选地，在上述技术方案中，，还包括：

将所述第一预设时长的末尾时刻与预设磁感应强度B

本申请的一种标定磁力矩器磁矩的方法的原理如下：

如图4所示，通过公式

磁力矩器的核心部分是磁芯和绕组，绕组绕制在磁芯上，绕组相当于一个螺线管，通上电流产生磁矩，磁芯采用细长型的高磁导率软磁材料，对空心线圈即绕组产生的磁矩M

由于磁芯退磁因子的存在，在磁力矩器的线性工作范围内，磁芯内部的磁化强度沿轴线方向分布不同，有三个特点：

1)磁化强度在磁芯的轴线的中心点最大，距离中心点越远，磁化强度越小，且以中心点中心对称分布，导致磁力矩器的磁矩在其轴线上分布不均，因此，不能直接使用

2)磁芯的轴线上各个位置的磁化强度相对比值不变，比如线圈电流增加一倍，磁芯内部各个位置的磁化强度也整体增加一倍，但磁化强度和电流的比值不变；

3)磁芯内部各个位置的磁化强度和电流的比值只取决于磁芯的特征尺寸。

基于上述第二点和第三点可知，对于一个给定的磁力矩器，磁芯的特征尺寸已固定，那么磁力矩器的磁矩在磁芯的轴线上的分布也是确定的，因此可以通过数值计算或者有限元分析的方法得到一个相对于公式的修正系数，具体地：

获取第二预设位置的且沿第一磁力矩器的轴向的磁感应强度

可提前计算得到常用的特征尺寸和距离因子所对应的修正系数，形成表格，然后根据k

在上述各实施例中，虽然对步骤进行了编号S1、S2等，但只是本申请给出的具体实施例，本领域的技术人员可根据实际情况调整S1、S2等的执行顺序，此也在本发明的保护范围内，可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施方式中的部分或全部。

如图5所示，本发明实施例的一种标定磁力矩器磁矩的系统200，包括第一获取模块210和第二获取模块220；

所述第一获取模块210用于：获取第一预设位置的且沿待标定磁力矩器的轴向的磁感应强度

所述第二获取模块220用于：根据第一公式得到所述待标定磁力矩器的磁矩M，所述第一公式为：

只需要获取第一预设位置的且沿待标定磁力矩器的绕组的轴向的磁感应强度，就能够对待标定磁力矩器的磁矩进行快速标定，即快速得到待标定磁力矩器的磁矩，不需要多次测量，过程简单，且结合目标修正系数，进一步提高所得到的待标定磁力矩器的磁矩的准确度。

可选地，在上述技术方案中，还包括第三获取模块，所述第三获取模块用于：

当所述待标定磁力矩器的磁芯为圆柱形磁芯时，利用第二公式获取所述目标修正系数

可选地，在上述技术方案中，所述所述第三获取模块具体用于：

获取第二预设位置的且沿第一磁力矩器的轴向的磁感应强度B

将所述圆柱形磁芯的特征尺寸k

可选地，在上述技术方案中，所述第一获取模块210具体用于：

向所述待标定磁力矩器正向供电第一预设时长，获取所述第一预设位置的且沿所述待标定磁力矩器的绕组的轴向的第一磁感应强度A

断电第二电预设时长，获取所述第一预设位置的且沿所述待标定磁力矩器的绕组的轴向的第二磁感应强度A

向待标定磁力矩器反向供电第三预设时长，获取所述第一预设位置的且沿所述待标定磁力矩器的绕组的轴向的第三磁感应强度A

断电第四电预设时长，获取所述第一预设位置的且沿所述待标定磁力矩器的绕组的轴向的第四磁感应强度A

将第一计算磁感应强度B

可选地，在上述技术方案中，还包括确定模块，所述确定模块用于：

将所述第一预设时长的末尾时刻与预设磁感应强度B

上述关于本发明的一种标定磁力矩器磁矩的系统200中的各参数和各个单元模块实现相应功能的步骤，可参考上文中关于一种标定磁力矩器磁矩的方法的实施例中的各参数和步骤，在此不做赘述。

本发明实施例的一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一实施的一种标定磁力矩器磁矩的方法的步骤。

其中，电子设备可以选用电脑、手机等，相对应地，其程序为电脑软件或手机APP等，且上述关于本发明的一种电子设备中的各参数和步骤，可参考上文中一种标定磁力矩器磁矩的方法的实施例中的各参数和步骤，在此不做赘述。

所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品。

因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。

可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是一一但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。