專利名稱：反作用飛輪輸出力矩測量電路及其測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及反作用飛輪輸出力矩測量領域。
背景技術：
反作用飛輪是小衛(wèi)星，尤其是高精度三軸穩(wěn)定小衛(wèi)星普遍采用的控制部件，通過不同的輸入電壓輸入得到不同的輸出力矩，它具有控制精度高、壽命長、連續(xù)控制等特點。 采用了反作用飛輪的衛(wèi)星在進行電測時，尤其在進行姿態(tài)控制系統(tǒng)閉環(huán)測試或者模飛測試時，需要精確測量反作用飛輪的輸出力矩，用于閉環(huán)測試的動力學模型計算。國內常用的反作用飛輪一般輸出轉速和轉速方向信號，轉速采用單位時間內的脈沖數表示，為TTL電平的方波信號，轉速方向采用TTL電平信號表示(比如高電平表示正轉，低電平表示反轉)。 反作用飛輪的轉速不太高，每分鐘最大不超過幾千轉，每轉采用特定個數(比如18個)脈沖表示。在衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)閉環(huán)測試時，需要實時、精確測量反作用飛輪輸出力矩，實時是指在一次動力學計算步長(幾十毫秒)內至少提供一次測量數據。如果采用脈沖計數法， 假設飛輪轉速信號頻率小于2000Hz，動力學計算步長50ms，那么一個計算步長內的轉速脈沖個數為小于100，由于計數為整數，計數誤差為1，輸出力矩的計算誤差至少為1%，反作用飛輪轉速越低誤差越大，不能滿足使用要求。如果采用測量脈沖周期的方法，一次周期測量的誤差一般要十幾微秒(由處理器的中斷時間決定)，對于2000Hz的信號來說，輸出力矩的計算最大誤差接近2% (10ys/500ys)。且一個動力學計算步長內有多個脈沖，選擇哪個脈沖計算該時間內的轉速最合適，能夠提高反作用飛輪輸出力矩的精度，從而滿足衛(wèi)星測試使用要求，成為現在的一個研究方向。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是解決衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)動態(tài)測試時動力學模型計算過程中反作用飛輪輸出力矩測量的問題，提供一種反作用飛輪輸出力矩測量電路及其測量方法。本發(fā)明反作用飛輪輸出力矩測量電路包括微處理器、通信接口、計數器、晶振和整形模塊；微處理器的第一輸入輸出端與通信接口的第一輸出輸入端連接，通信接口的第二輸入輸出端為動力學計算模塊的信號輸入輸出端，微處理器的第二輸入輸出端與計數器的輸出輸入端連接，微處理器的第三輸入端與整形模塊的輸出端連接，整形模塊的輸入端為飛輪轉速脈沖信號輸入端，微處理器的第四輸入端為微處理器的飛輪轉速方向信號輸入端，微處理器的第五輸入端為微處理器的50ms脈沖信號輸入端，計數器的輸入端與晶振的輸出端連接。反作用飛輪輸出力矩測量方法如下微處理器初始化，設置微處理器的飛輪轉速脈沖信號輸入端的中斷口的中斷觸發(fā)方式為上升沿或者下降沿觸發(fā)方式，即單個邊沿觸發(fā)，設置微處理器的50ms脈沖信號輸入端的中斷口的中斷觸發(fā)方式為上升沿觸發(fā)；微處理器定義飛輪轉速脈沖中斷計數變量count并清零；設置微處理器內部定時器，定時精度1ms，啟動定時；計數器初始化，設置計數器3的計數增加1代表1 μ s，啟動計數器計數；初始化 50ms中斷更新標志flag = 0 ；設置50ms脈沖中斷處理程序的優(yōu)先級高于飛輪轉速脈沖中斷處理程序的優(yōu)先級；50ms脈沖中斷處理程序為記錄微處理器內部定時器當前計數值T50，設置50ms中斷更新標志flag = 1，退出50ms脈沖中斷處理程序；飛輪轉速脈沖中斷處理程序為步驟一飛輪轉速脈沖中斷計數變量count值加1，讀取飛輪轉速方向信號 Direct，若50ms中斷更新標志f lag = 1，則進行步驟二，否則退出飛輪轉速脈沖中斷處理程序；步驟二讀取微處理器內部定時器當前計數值Tflag，計算當前計算周期內的反作用飛輪轉速若Tflag-T50 > 25ms，則當前計算周期內的反作用飛輪轉速ω = 0，否則讀取并記錄計數器的數值Τ3，按下述公式計算當前計算周期內的反作用飛輪轉速t = TSk-TSlri，其中下標k代表當前計算周期，k-Ι代表上一計算周期，
權利要求
1.反作用飛輪輸出力矩測量電路，其特征在于它包括微處理器(1)、通信接口O)、計數器(3)、晶振(4)和整形模塊(5)；微處理器(1)的第一輸入輸出端與通信接口( 的第一輸出輸入端連接，通信接口( 的第二輸入輸出端為動力學計算模塊的信號輸入輸出端， 微處理器(1)的第二輸入輸出端與計數器(3)的輸出輸入端連接，微處理器(1)的第三輸入端與整形模塊( 的輸出端連接，整形模塊( 的輸入端為飛輪轉速脈沖信號輸入端，微處理器(1)的第四輸入端為微處理器(1)的飛輪轉速方向信號輸入端，微處理器(1)的第五輸入端為微處理器(1)的50ms脈沖信號輸入端，計數器(3)的輸入端與晶振(4)的輸出端連接。
2.根據權利要求1所述的反作用飛輪輸出力矩測量電路，其特征在于整形模塊(5)包括光電隔離整形芯片(51)和倍頻處理電路(52)，光電隔離整形芯片(51)的輸入端為飛輪轉速脈沖信號輸入端，光電隔離整形芯片(51)的輸出端與倍頻處理電路(5 的輸入端連接，倍頻處理電路(5 包括延時芯片(521)和異或模塊(522)，倍頻處理電路(5 的輸入端同時為延時芯片(521)的輸入端和異或模塊(522)的一個輸入端，延時芯片(521)的輸出端與異或模塊(522)的另一個輸入端連接，異或模塊(522)的輸出端為倍頻處理電路 (52)的輸出端，并且為整形模塊(5)的輸出端。
3.反作用飛輪輸出力矩測量方法，其特征在于步驟如下微處理器(1)初始化，設置微處理器(1)的飛輪轉速脈沖信號輸入端的中斷口的中斷觸發(fā)方式為上升沿或者下降沿觸發(fā)方式，即單個邊沿觸發(fā)，設置微處理器(1)的50ms脈沖信號輸入端的中斷口的中斷觸發(fā)方式為上升沿觸發(fā)；微處理器(1)定義飛輪轉速脈沖中斷計數變量count并清零；設置微處理器(1)內部定時器，定時精度1ms，啟動定時；計數器C3)初始化，設置計數器(3)的計數增加1代表1 μ s，啟動計數器C3)計數；初始化50ms中斷更新標志flag = 0 ；設置50ms脈沖中斷處理程序的優(yōu)先級高于飛輪轉速脈沖中斷處理程序的優(yōu)先級； 50ms脈沖中斷處理程序為記錄微處理器(1)內部定時器當前計數值T50，設置50ms中斷更新標志flag = 1，退出50ms脈沖中斷處理程序；飛輪轉速脈沖中斷處理程序為步驟一飛輪轉速脈沖中斷計數變量count值加1，讀取飛輪轉速方向信號Direct，若 50ms中斷更新標志flag = 1，則進行步驟二，否則退出飛輪轉速脈沖中斷處理程序；步驟二 讀取微處理器(1)內部定時器當前計數值Tflag，計算當前計算周期內的反作用飛輪轉速若Tflag-T50 > 25ms，則當前計算周期內的反作用飛輪轉速ω = 0，否則讀取并記錄計數器(3)的數值Τ3，按下述公式計算當前計算周期內的反作用飛輪轉速 t = TSk-TSlri，其中下標k代表當前計算周期，k-Ι代表上一計算周期， 2π
全文摘要
反作用飛輪輸出力矩測量電路及其測量方法。它涉及反作用飛輪輸出力矩測量領域，它解決了動力學模型計算過程中反作用飛輪輸出力矩測量的問題，它的微處理器連通信接口、計數器和整型模塊，并采集飛輪轉速方向信號和50ms脈沖信號，整型模塊采集飛輪轉速脈沖信號，計數器還連晶振，通信接口輸出動力學計算模塊的信號，方法如下微處理器初始化，計數器初始化，50ms脈沖中斷優(yōu)于飛輪轉速脈沖中斷；50ms脈沖中斷記錄T50，設置flag＝1，退出中斷；飛輪轉速脈沖中斷一、count值加1，若flag＝1，則進行二，否退出中斷；二、讀取Tflag，計算當前計算周期內的反作用飛輪轉速；三、計算力矩；四、將力矩發(fā)送給動力學模型，退出中斷。它應用衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)動態(tài)測試。
文檔編號G01L3/00GK102288340SQ20111012011
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權日2011年5月10日
發(fā)明者張迎春, 李冬柏, 李化義, 李璟璟, 耿云海 申請人:哈爾濱工業(yè)大學