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专利名称：飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法
技术领域：
本发明涉及一种飞轮稳态损耗转矩的测试方法，具体涉及一种实现飞轮自动化 稳态损耗转矩的测试方法。
背景技术：
卫星的地面测试过程包括部件测试、分系统测试和整星测试。在部件测试过程中， 需要对各个部件进行单独的测试，传统的部件测试都是依赖于人工实现的。在飞轮的测试 中，需要对飞轮的稳态损耗转矩进行测试。在本领域中，所述的飞轮稳态损耗转矩是指将 飞轮维持在某一特定转速时，维持这一转速需要消耗的转矩。测试飞轮的稳态损耗转矩，要 求测定飞轮维持在不同转速甚至饱和速度时的转矩，并且需要经过多次测试，用以观察历 次测试数据是否一致。传统的飞轮稳态损耗转矩测试主要采用下述方案实现选择飞轮为转速模式，将 飞轮维持在需要的转速上，读取此时的电压及电流，将获得的电压、电流换算为稳态损耗转矩。该方案存在的缺陷在于第一、所述方法采用人工控制飞轮转速，导致获得的电压 及电流与理想的飞轮转速下的电压、电流存在偏差，进而导致获得的飞轮稳态损耗转矩存 在较大误差；第二、在实际卫星姿态控制中，飞轮往往不采用转速模式转动，因而无法使用 本方法。

发明内容
本发明的目的是为解决传统的飞轮稳态损耗转矩测试中采用人工控制飞轮转速， 导致飞轮稳态损耗转矩存在较大误差及飞轮采用转速模式转动无法模拟真实卫星姿态的 问题，提供了一种飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法。本发明是通过下述方案予以实现的飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法，所述方 法基于的硬件装置由控制计算机和通讯板卡构成，控制计算机的控制信号输入输出端与通 讯板卡的控制信号输入输出端相连，通讯板卡的飞轮控制信号输入输出端与飞轮的飞轮控 制信号输入输出端相连；
飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法
步骤一、控制计算机设定输出转矩，并将正转矩指令发送给飞轮，飞轮根据所接收到的 正转矩指令，调整自身转速并达到预先设定的目标转速；
步骤二、控制计算机发送零转矩指令给飞轮，飞轮失去转矩，在惯性的作用下继续旋
转；
步骤三、控制计算机遵循损耗转矩测试算法，调整飞轮施加转矩，获得飞轮稳态损耗转矩。本发明提供了一种飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法，该方法针对的对象为转矩 模式的飞轮，所述的飞轮稳态损耗转矩测试方法为首先，控制计算机设定输出转矩，调整飞轮自身转速并达到预先设定的目标转速；之后，控制计算机发送零转矩指令给飞轮，飞轮 失去转矩，在惯性的作用下继续旋转；最后，控制计算机遵循损耗转矩测试算法，调整飞轮 施加转矩，获得飞轮稳态损耗转矩。本发明所述的通讯板卡为周立功CAN9810板卡。本发明在所述的控制计算机上运行测试软件，所述的测试软件一方面提供损耗转 矩测试算法，该测试算法按顺序向飞轮发送不同的飞轮的测试指令，即在测试软件代码中 预先集成飞轮认可的指令序列，并根据返回的飞轮状态信息，作为测试过程顺序执行的依 据；另一方面提供用户操作界面，在界面中对算法中的参数进行设定，所述的测试软件由 c/c++/c#语言编写。本发明中所述的飞轮测试指令分为固定参数指令和可变参数指令。其中，固定参 数指令是指不需用户修改的参数指令，包括最大正转矩指令、最大负转矩指令、零转矩指 令、启动电机指令、停止电机指令和读飞轮转速指令。可变参数指令由用户在测试软件的界 面中进行设置，能够对输出的力矩值进行设定，包括正转矩指令和负转矩指令。本发明所述的最大正转矩指令及最大负转矩指令根据飞轮自身的指标进行设定； 所述的零转矩指令给飞轮停止施加任何转矩；所述的启动电机指令及停止电机指令分别为 启动和停止飞轮电机的指令；所述的读飞轮转速指令将飞轮状态返回给控制计算机；所述 的正转矩指令及负转矩指令由用户通过测试软件界面设定，用于在测试过程中对飞轮施加 一定的力矩，用户如不进行设置，控制计算机执行默认值。采用本发明所述的飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法，在测试过程中，控制计算 机自动调整飞轮的转速达到预先设定的目标转速，飞轮转速测得的电压电流与预先设定的 目标转速下获得的电压电流不存在偏差，采用本发明所述的方法测量飞轮稳态损耗转矩不 会造成较大误差；本发明所述的飞轮采用转矩模式转动，与实际卫星姿态控制中飞轮的转 动模式相同，能够模拟真实卫星的姿态。本发明所述的损耗转矩测试算法，能够同时提供人 机交互界面，使用时只需人工预先设置参数，由测试软件按照测试算法自动完成测试，通过 本发明所述的测试方法，将难于人工实现的飞轮稳态损耗力矩测试过程转变为易于自动化 实现的测试过程，从而弥补了人工测试的不足，达到了飞轮自动化稳态损耗力矩测试的目 的。


图1是具体实施方式
一中所述的飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法的方法流程 图；图2是具体实施方式
二中所述的控制计算机设定输出转矩，并将正转矩指令发送给飞 轮，飞轮根据所接收到的正转矩指令，调整自身转速并达到预先设定的目标转速的方法流 程图；图3是具体实施方式
三中所述的控制计算机遵循损耗转矩测试算法，调整飞轮施加 转矩，获得飞轮稳态损耗转矩的方法流程图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图1具体说明本实施方式。飞轮自动化稳态损耗转矩 测试方法，所述方法基于的硬件装置由控制计算机和通讯板卡构成，控制计算机的控制信 号输入输出端与通讯板卡的控制信号输入输出端相连，通讯板卡的飞轮控制信号输入输出端与飞轮的飞轮控制信号输入输出端相连； 飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法
步骤一、控制计算机设定输出转矩，并将正转矩指令发送给飞轮，飞轮根据所接收到的 正转矩指令，调整自身转速并达到预先设定的目标转速；
步骤二、控制计算机发送零转矩指令给飞轮，飞轮失去转矩，在惯性的作用下继续旋
转；
步骤三、控制计算机遵循损耗转矩测试算法，调整飞轮施加转矩，获得飞轮稳态损耗转矩。本实施方式提供了一种飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法，该方法针对的对象为 转矩模式的飞轮，所述的飞轮稳态损耗转矩测试方法为首先，控制计算机设定输出转矩， 调整飞轮自身转速并达到预先设定的目标转速；之后，控制计算机发送零转矩指令给飞轮， 飞轮失去转矩，在惯性的作用下继续旋转；最后，控制计算机遵循损耗转矩测试算法，调整 飞轮施加转矩，获得飞轮稳态损耗转矩。本实施方式所述的通讯板卡为周立功CAN9810板卡。本实施方式在所述的控制计算机上运行测试软件，所述的测试软件一方面提供损 耗转矩测试算法，该测试算法按顺序向飞轮发送不同的飞轮的测试指令，即在测试软件代 码中预先集成飞轮认可的指令序列，并根据返回的飞轮状态信息，作为测试过程顺序执行 的依据；另一方面提供用户操作界面，在界面中对算法中的参数进行设定，所述的测试软件 由c/c++/c#语言编写。本实施方式中所述的飞轮测试指令分为固定参数指令和可变参数指令。其中，固 定参数指令是指不需用户修改的参数指令，包括最大正转矩指令、最大负转矩指令、零转 矩指令、启动电机指令、停止电机指令和读飞轮转速指令。可变参数指令由用户在测试软件 的界面中进行设置，能够对输出的力矩值进行设定，包括正转矩指令和负转矩指令。本实施方式所述的最大正转矩指令及最大负转矩指令根据飞轮自身的指标进行 设定；所述的零转矩指令给飞轮停止施加任何转矩；所述的启动电机指令及停止电机指令 分别为启动和停止飞轮电机的指令；所述的读飞轮转速指令将飞轮状态返回给控制计算 机；所述的正转矩指令及负转矩指令由用户通过测试软件界面设定，用于在测试过程中对 飞轮施加一定的力矩，用户如不进行设置，控制计算机执行默认值。采用本实施方式所述的飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法，在测试过程中，控制 计算机自动调整飞轮的转速达到预先设定的目标转速，飞轮转速测得的电压电流与预先设 定的目标转速下获得的电压电流不存在偏差，采用本实施方式所述的方法测量飞轮稳态损 耗转矩不会造成较大误差；本实施方式所述的飞轮采用转矩模式转动，与实际卫星姿态控 制中飞轮的转动模式相同，能够模拟真实卫星的姿态。本实施方式所述的损耗转矩测试算 法，能够同时提供人机交互界面，使用时只需人工预先设置参数，由测试软件按照测试算法 自动完成测试，通过本实施方式所述的测试方法，将难于人工实现的飞轮稳态损耗力矩测 试过程转变为易于自动化实现的测试过程，从而弥补了人工测试的不足，达到了飞轮自动 化稳态损耗力矩测试的目的。
具体实施方式
二 下面结合图2具体说明本实施方式。本实施方式是对具体实施 方式一所述的飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法中的步骤一的进一步说明，步骤一中所述的控制计算机设定输出转矩，并将正转矩指令发送给飞轮，飞轮根据所接收到的正转矩指 令，飞轮电机将飞轮加速到预先设定的转速的过程为
步骤一一、控制计算机将零转矩指令发送给飞轮，然后，控制计算机将启动电机指令发 送给飞轮电机；
步骤一二、根据预先设定的目标转速，控制计算机将正转矩指令发送给飞轮，飞轮根据 所接收到的正转矩指令，调整自身转速；
步骤一三、控制计算机将读飞轮转速指令发送给飞轮，并读取当前飞轮转速； 步骤一四、判断读取的当前飞轮转速是否达到预先设定的目标转速，判断结果为是，则 实现将飞轮加速到预先设定的目标转速，判断结果为否，则返回步骤一三。
具体实施方式
三下面结合图3具体说明本实施方式。本实施方式是对具体实施 方式一和具体实施方式
二所述的飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法中的步骤三的进一步 说明，控制计算机预先设定所述损耗转矩测试算法中运行参数的值，包括单位转矩的系数 变化步长a，且a为小于或等于1的正数，飞轮施加转矩的系数i的初始值为1，判决次数n 的初始值为0，飞轮最大转速TH、转速变化量允许阈值m、允许重复次数N，
步骤三中所述的控制计算机遵循损耗转矩测试算法，调整飞轮施加转矩，获得飞轮稳 态损耗转矩的具体过程为
步骤三一、控制计算机发送飞轮施加转矩指令给飞轮，飞轮在飞轮施加转矩Ti带动下 旋转，所述的飞轮施加转矩Ti=a*i*I，其中，I为单位转矩；
步骤三二、延时间隔时间t后，控制计算机将读飞轮转速指令发送给飞轮，读取飞轮的 该时刻的转速，并将该转速作为延时前飞轮转速vl ；再次延时间隔时间t后，控制计算机 将读飞轮转速指令发送给飞轮，读取飞轮的该时刻的转速，并将该转速作为当前飞轮转速 v2 ；
步骤三三、判断v2是否小于TH，判断结果为是，则执行步骤三四，判断结果为否，则执 行步骤三八；
步骤三四、判断|vl_v2|是否小于m，判断结果为是，则执行步骤三五，判断结果为否， 则执行步骤三七；
步骤三五、控制计算机将n的取值加1 ；
步骤三六、判断n是否小于N，判断结果为是，则执行步骤三七，判断结果为否，则返回 步骤三二 ；
步骤三七、控制计算机将i的取值加1 ；
步骤三八、控制计算机将零转矩指令发送给飞轮，并将a的值减小，i和n恢复为初始
值；
步骤三九、控制计算机记录飞轮施加转矩Ti，并将此时的飞轮施加转矩Ti作为飞轮稳 态损耗转矩。本实施方式在给定小力矩，即飞轮施加转矩Ti的情况下，通过测试不同时间间隔 t中飞轮转速的变化|vl_v2|，根据转速变化情况，若飞轮转速的下降速度总大于飞轮施加 转矩Ti带来的速度增加量，将飞轮施加转矩Ti不断加大，直到飞轮转速达到稳定状态，此 时的飞轮施加转矩Ti即为飞轮稳态损耗转矩。在飞轮测试过程中，由于单位转矩的系数变化步长a值选的过大，出现飞轮施加转矩Ti带来的速度增加量高于飞轮转速下降速度，为克服这一问题，对飞轮转速加以保 护，当飞轮转速大于设定飞轮最大转速TH的范围时，将输出力矩置零并停止电机，将单位 转矩的系数变化步长a的取值减小为原单位转矩的系数变化步长a的一半，重新测试。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一、二和三所述的飞轮自动化稳态 损耗转矩测试方法的区别在于，所述的通讯板卡与控制计算机之间的接口为PCI接口或者 ISA 接口。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一、二、三和四所述的飞轮自动化稳 态损耗转矩测试方法的区别在于，所述的通讯板卡与飞轮之间的接口为串行通信接口。本实施方式中的通讯板卡是飞轮与控制计算机进行通讯的纽带，通过所述的通讯 板卡，控制计算机将飞轮测试指令发送给飞轮；飞轮将自身信息反馈给控制计算机，所述的 信息包括飞轮自身转速、电压和电流。
权利要求
飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法，所述方法基于的硬件装置由控制计算机和通讯板卡构成，控制计算机的控制信号输入输出端与通讯板卡的控制信号输入输出端相连，通讯板卡的飞轮控制信号输入输出端与飞轮的飞轮控制信号输入输出端相连；其特征是，飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法步骤一、控制计算机设定输出转矩，并将正转矩指令发送给飞轮，飞轮根据所接收到的正转矩指令，调整自身转速并达到预先设定的目标转速；步骤二、控制计算机发送零转矩指令给飞轮，飞轮失去转矩，在惯性的作用下继续旋转；步骤三、控制计算机遵循损耗转矩测试算法，调整飞轮施加转矩，获得飞轮稳态损耗转矩。
2.根据权利要求1所述的飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法，其特征在于步骤一中 所述的控制计算机设定输出转矩，并将正转矩指令发送给飞轮，飞轮根据所接收到的正转 矩指令，调整自身转速并达到预先设定的目标转速步骤一一、控制计算机将零转矩指令发送给飞轮，然后，控制计算机将启动电机指令发 送给飞轮电机；步骤一二、根据预先设定的目标转速，控制计算机将正转矩指令发送给飞轮，飞轮根据 所接收到的正转矩指令，调整自身转速；步骤一三、控制计算机将读飞轮转速指令发送给飞轮，并读取当前飞轮转速； 步骤一四、判断读取的当前飞轮转速是否达到预先设定的目标转速，判断结果为是，则 实现将飞轮加速到预先设定的目标转速，判断结果为否，则返回步骤一三。
3.根据权利要求1所述的飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法，其特征在于控制计算 机预先设定所述损耗转矩测试算法中运行参数的值，包括单位转矩的系数变化步长a，且 a为小于或等于1的正数，飞轮施加转矩的系数i的初始值为1，判决次数η的初始值为0， 飞轮最大转速ΤΗ、转速变化量允许阈值m、允许重复次数N，步骤三中所述的控制计算机遵循损耗转矩测试算法，调整飞轮施加转矩，获得飞轮稳 态损耗转矩的具体过程为步骤三一、控制计算机发送飞轮施加转矩指令给飞轮，飞轮在飞轮施加转矩Ti带动下 旋转，所述的飞轮施加转矩Ti=a*i*I，其中，I为单位转矩；步骤三二、延时间隔时间t后，控制计算机将读飞轮转速指令发送给飞轮，读取飞轮的 该时刻的转速，并将该转速作为延时前飞轮转速vl ；再次延时间隔时间t后，控制计算机 将读飞轮转速指令发送给飞轮，读取飞轮的该时刻的转速，并将该转速作为当前飞轮转速 v2 ；步骤三三、判断v2是否小于TH，判断结果为是，则执行步骤三四，判断结果为否，则执 行步骤三八；步骤三四、判断|vl_v2|是否小于m，判断结果为是，则执行步骤三五，判断结果为否， 则执行步骤三七；步骤三五、控制计算机将η的取值加1 ；步骤三六、判断η是否小于N，判断结果为是，则执行步骤三七，判断结果为否，则返回步骤三二 ；步骤三八、控制计算机将零转矩指令发送给飞轮，并将a的值减小，i和η恢复为初始值；步骤三九、控制计算机记录飞轮施加转矩Ti，并将此时的飞轮施加转矩Ti作为飞轮稳 态损耗转矩。
4.根据权利要求1所述的飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法，其特征在于所述的通 讯板卡与控制计算机之间的接口为PCI接口或者ISA接口。
5.根据权利要求1所述的飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法，其特征在于所述的通 讯板卡与飞轮之间的接口为串行通信接口。
全文摘要
飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法，涉及一种飞轮稳态损耗转矩的测试方法，解决传统的飞轮稳态损耗转矩测试中采用人工控制飞轮转速，导致飞轮稳态损耗转矩存在较大误差及飞轮采用转速模式转动无法模拟真实卫星姿态的问题。本发明所述的飞轮自动化稳态损耗转矩测试方法一、控制计算机设定输出转矩，调整飞轮自身转速并达到预先设定的目标转速；二、控制计算机发送零转矩指令给飞轮，飞轮失去转矩，在惯性的作用下继续旋转；三、控制计算机遵循损耗转矩测试算法，调整飞轮施加转矩，获得飞轮稳态损耗转矩。本发明实现了自动化测试飞轮稳态损耗转矩，用于飞轮稳态损耗转矩测试。
文档编号G01L3/00GK101886958SQ201010241000
公开日2010年11月17日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者张迎春, 李冬柏, 李化义, 李璟璟, 耿云海 申请人:哈尔滨工业大学