一种光学载荷的非保守力干扰模拟测试分析装置

技术领域

本发明涉及一种光学载荷的非保守力干扰模拟测试分析装置，具体涉及一种光学载荷物理仿真过程中的非保守力干扰模拟测试分析装置。

背景技术

近年来，光学载荷广泛应用于航空空间及轨道空间等系统领域，这些应用场景中，光学载荷的工作环境十分复杂，会受到多种非保守力干扰，如风雨、雷、电磁干扰等。这些干扰将影响光学载荷的精度和稳定性，甚至导致其失效，因此需要进行光学载荷物理仿真非保守力干扰的研究，通过模拟各种非保守力干扰，评估其对光学载荷性能的影响，并采取相应的控制措施，提供光学载荷的可靠性。

发明内容

本发明涉及一种光学载荷的非保守力干扰模拟测试分析装置，以解决上述背景技术中的问题。

为实现上述目的而采取的技术方案是，一种光学载荷的非保守力干扰模拟测试分析装置，包括测量分析系统以及安装在双轴运动模拟器上的干扰模拟子模块连接，所述测量分析系统分别与双轴运动模拟器和干扰模拟子模块连接；所述干扰模拟子模块基座上的加速度计与加速度计解析模块，干扰模拟子模块基座上的力传感器与力传感器采集模块连接；所述加速度计用于测量基座的干扰加速度，完成对干扰模拟子模块振动模拟效果的监测与分析；所述力传感器用于实现采集干扰模拟子模块的输出力作为测量分析系统中数字控制器的反馈信号和传递干扰模拟子模块的作动电机输出力至基座；所述双轴运动模拟器和干扰模拟子模块分别为光学载荷提供空间运动基座和在其空间运动过程中的非保守力干扰模拟环境；所述测量分析系统负责控制双轴运动模拟器和干扰模拟子模块并接收反馈信号，进行数据分析。

进一步，所述加速度计解析模块通过RS422串口与干扰模拟子模块上的六个加速度计连接，用于测量干扰模拟子模块上基座的干扰加速度，完成对高精度干扰模拟子模块振动模拟效果的监测与分析。

进一步，所述力矩传感器采集模块与干扰模拟子模块上的六个力传感器连接，力传感器分别安装在干扰模拟子模块的作动电机的下方，力传感器的一端与作动电机相连，另一端与基座相连，实现采集干扰模拟子模块的输出力作为测量分析系统中数字控制器的反馈信号和传递干扰模拟子模块的输出力至基座。

进一步，所述双轴运动模拟器包括负载台面、永磁直流力矩电机、角度编码器，所述干扰模拟子模块安装在负载台面上，角度编码器与测量分析系统连接。

进一步，所述干扰模拟子模块包括六个作动电机、力传感器、加速度计和基座，所述作动电机和力传感器安装于基座上方，作动电机产生对基座的输出力模拟光学载荷所受到干扰。

进一步，所述测量分析系统包括电源模块、数字控制器、角度解析模块、功率放大器、信号调理器；所述电源模块为所述测试分析装置提供所需的供电；所述角度解析模块连接角度编码器，负责双轴运动模拟器的测角反馈；所述功率放大器负责驱动双轴运动模拟器的永磁直流力矩电机和干扰模拟子模块的作动电机；所述信号调理器用于接收干扰力传感器采集模块的信号；所述角度解析模块和信号调理器将得到的数据发送给数字控制器。

有益效果

本发明与现有技术相比具有以下优点。

本发明能够精确模拟光学载荷空间运动物理仿真过程中非保守力干扰场景，干扰由干扰模拟装置所属精密机电装置产生，通过子模块自身的测量和分析系统的控制、驱动形成控制闭环，能够输出多种形式的非保守力扰动，如正弦及叠加扰动、随机扰动等，通过对非保守力干扰的研究，从而为真实条件下的光学载荷系统精度和稳定性提供分析数据。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步详述。

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的系统接口示意图；

图3为本发明中干扰模拟测试分析装置的台体结构图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述。

如图1-图3所示，一种光学载荷的非保守力干扰模拟测试分析装置，包括测量分析系统1以及安装在双轴运动模拟器2上的干扰模拟子模块3，所述测量分析系统1分别与双轴运动模拟器2和干扰模拟子模块3连接；所述干扰模拟子模块3基座上的加速度计31与加速度计解析模块5连接，干扰模拟子模块3基座上的力传感器32与力传感器采集模块6连接；所述加速度计31用于测量基座的干扰加速度，完成对干扰模拟子模块3振动模拟效果的监测与分析；所述力传感器32用于实现采集干扰模拟子模块3的输出力作为测量分析系统1中数字控制器12的反馈信号和传递干扰模拟子模块3的作动电机输出力至基座；所述双轴运动模拟器2和干扰模拟子模块3分别为光学载荷提供空间运动基座和在其空间运动过程中的非保守力干扰模拟环境；所述测量分析系统1负责控制双轴运动模拟器2和干扰模拟子模块3并接收反馈信号，进行数据分析。

所述加速度计解析模块5通过RS422串口与干扰模拟子模块3上的六个加速度计31连接，用于测量干扰模拟子模块3上基座的干扰加速度，完成对高精度干扰模拟子模块3振动模拟效果的监测与分析。

所述力矩传感器采集模块6与干扰模拟子模块3上的六个力传感器32连接，力传感器32分别安装在干扰模拟子模块3的作动电机的下方，力传感器32的一端与作动电机相连，另一端与基座相连，实现采集干扰模拟子模块3的输出力作为测量分析系统1中数字控制器12的反馈信号和传递干扰模拟子模块3的输出力至基座。

所述双轴运动模拟器2包括负载台面、永磁直流力矩电机、角度编码器21，所述干扰模拟子模块3安装在负载台面上，角度编码器21与测量分析系统1连接。

所述干扰模拟子模块3包括六个作动电机、力传感器32、加速度计31和基座，所述作动电机和力传感器安装于基座上方，作动电机产生对基座的输出力模拟光学载荷所受到干扰。

所述测量分析系统1包括电源模块11、数字控制器12、角度解析模块4、功率放大器13、信号调理器14；所述电源模块11为所述测试分析装置提供所需的供电；所述角度解析模块4连接角度编码器21，负责双轴运动模拟器2的测角反馈；所述功率放大器13负责驱动双轴运动模拟器2的永磁直流力矩电机和干扰模拟子模块3的作动电机；所述信号调理器14用于接收干扰力传感器采集模块6的信号；所述角度解析模块4和信号调理器14将得到的数据发送给数字控制器12。

本发明中，所述测量分析系统1分别与双轴运动模拟器2和干扰模拟子模块3连接，所述双轴运动模拟器2与角度解析模块4连接，所述干扰模拟子模块3分别与加速度计解析模块5、力传感器采集模块6连接；所述角度解析模块4与所述干扰模拟测试分析装置上的角度编码器21连接，所述加速度计解析模块5与所述非保守力干扰模拟测试分析装置上的加速度计31连接，所述力传感器采集模块6与所述非保守力干扰模拟测试分析装置上的力传感器32连接。

所述加速度计解析模块5通过RS422串口与所述干扰模拟测试分析装置上的六个加速度计31连接，用于测量基座的干扰加速度，完成对高精度非保守力干扰模拟子模块振动模拟效果的监测与分析。

所述力传感器采集模块6与所述干扰模拟测试分析装置上的六个力传感器32连接，六个力传感器32分别安装在干扰模拟子模块3的作动电机下方，一端与作动电机相连，另一端与基座相连，实现采集干扰模拟子模块3的输出力作为测量分析系统1上数字控制器12的反馈信号和传递干扰模拟子模块3的输出力至基座两个功能。

所述双轴运动模拟器2还包括信号电缆、负载台面、主轴、轴承、滑环、永磁直流力矩电机、角度编码器、锁紧机构，角度编码器21与角度解析模块4连接器；双轴运动模拟器2为光学载荷提供空间运动基座，双轴运动模拟器2通过信号电缆与测量分析系统1连接。

所述干扰模拟子模块3包含六个作动电机、力传感器和基座，作动电机和力传感器安装于基座上方，电机产生对其基座的输出力模拟光学载荷所受到干扰。干扰模拟子模块为光学载荷提供在其空间运动过程中的非保守力干扰模拟环境，干扰模拟子模块整体安装于双轴运动模拟器的负载台面上。

所述测量分析系统1包括有电源模块11、数字控制器12、角度解析模块4、功率放大器13、信号调理器14；所述电源模块11为本装置提供系统所需的供电，角度解析模块4负责双轴运动模拟器2的测角反馈，功率放大器13负责驱动双轴运动模拟器2和干扰模拟子模块3的电机，信号调理器14接收干扰力传感器采集模块6的信号，角度解析模块4和信号调理器14将得到的数据发送给数字控制器12。测量分析系统1负责控制双轴运动模拟器2和力干扰模拟子模块3，并接收双轴运动模拟器2和干扰模拟子模块3的反馈信号进行数据分析。

本发明中，所述加速度计31按一定安装位置布置在系统基座上，根据几何关系，可以由这六个加速度计换算得到六个自由度的振动加速度，加速度计选用朗斯测试技术的单轴加速度计LC0105，该系列为内装微型IC放大器的压电加速度传感器。所述力传感器32分别安装在每个干扰模拟的作动电机的下方，一端与作动电机相连，另一端与基座相连，通过力传感器考核干扰模拟的输出力和输出力矩，力传感器选用一轩电子科技有限公司的F1060石英压电力传感器。

所述加速度计31可提供RS422串口输出，灵敏度达到500mV/g，通过加速度计解析模块5的高精度AD转换电路将加速度信号转换成数字信号后由RS422接口将数据输出，其与加速度计解析模块5对接。所述力传感器F1060量程达到60kN，其测量频率上限也可达到300Hz。所述力传感器32安装在干扰模拟子模块3的作动电机下方，其中动定子之间通过弹性元件连接。当控制系统通过功率放大器13对干扰模拟的作动电机输出驱动信号时，动子将相对定子发生运动，其作用于定子的反作用力就是所需的扰振力，并通过干扰模拟子模块3的结构传递至力传感器32；由力传感器32采集产生的扰振力信号，进而通过数字控制器12解算出控制量经过功率放大器13输出修正驱动信号，使扰振力达到所需的幅值。

本发明所述系统接口包括与加速度计31对接的RS422接口；与力传感器32对接的AD接口；与角度编码器21对接的RS422接口；与电气控制逻辑15对接的IO接口，电气控制逻辑15与电源模块11连接，为系统供电；与功率放大器13对接的DA输出模块接口；与远程控制系统对接的RS422接口。

所述光学载荷的非保守力干扰模拟测试分析装置的双轴运动模拟器2的机械台体结构，如图3所示，所述干扰模拟子模块3和加速度计31固定安装在双轴运动模拟器2的负载台面基座上，干扰子模拟模块3接收数字控制器12的指令进行相应动作模拟扰动，加速度计31可以敏感基座所受的扰动加速度；所述角度编码器4安装于双轴运动模拟器2的轴系上，其可以测量双轴运动模拟器2的转动角度，实现闭环控制。

本发明提供了一种光学载荷的非保守力干扰模拟测试分析装置，其所述加速度计用于测量基座的干扰加速度，完成对干扰模拟子模块振动模拟效果的监测与分析；力传感器用于实现采集干扰模拟子模块的输出力作为测量分析系统控制器的反馈信号和传递干扰模拟子模块的输出力至基座；双轴运动模拟器和干扰模拟子模块分别为光学载荷提供空间运动基座和在其空间运动过程中的非保守力干扰模拟环境，测量分析系统负责控制双轴运动模拟器和非保守力干扰模拟子模块并接收反馈信号，进行数据分析，从而为真实条件下的光学载荷系统精度和稳定性提供分析数据。