【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于信號(hào)處理，涉及一種磁懸浮旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)內(nèi)部電渦流傳感器的檢測(cè)誤差消除方法。
技術(shù)介紹
1、磁懸浮軸承是一種利用磁場(chǎng)力將轉(zhuǎn)子懸浮起來(lái)的高性能軸承。由于磁懸浮軸承具有無(wú)摩擦、無(wú)磨損、無(wú)需潤(rùn)滑、低成本、低損耗、壽命長(zhǎng)等眾多優(yōu)點(diǎn)，其既可應(yīng)用于高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合又可應(yīng)用于低速潔凈場(chǎng)合，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
2、將磁懸浮軸承應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)掃描衛(wèi)星上，即構(gòu)成磁懸浮旋轉(zhuǎn)掃描成像遙感衛(wèi)星。旋轉(zhuǎn)掃描衛(wèi)星通過(guò)載荷(如相機(jī)等)穩(wěn)速旋轉(zhuǎn)的擺掃、環(huán)掃(也稱(chēng)之為圓錐掃)等實(shí)現(xiàn)了掃描軌跡與飛行軌跡相交，在相機(jī)等載荷的快速掃描成像或拼接成像等模式下，可實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)的快速大范圍高分辨率超寬幅成像，用于地面詳查，以及海面、陸地和空中移動(dòng)目標(biāo)的快速搜尋和大范圍跟蹤。
3、磁懸浮旋轉(zhuǎn)掃描成像遙感衛(wèi)星主要由提供能源、姿軌控、熱控等系統(tǒng)服務(wù)的平臺(tái)艙和主要由旋轉(zhuǎn)掃描相機(jī)和星敏感器等構(gòu)成的載荷艙組成，兩艙之間通過(guò)磁懸浮旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軟連接，磁懸浮旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)既可隔離平臺(tái)艙的寬頻擾振，又可對(duì)載荷艙的位姿進(jìn)行二次精調(diào)，從而使得相機(jī)等載荷的指向具有超精超穩(wěn)超靜超寬幅的“超”潛力，為載荷成像營(yíng)造一個(gè)良好的工作環(huán)境；同時(shí)也可以通過(guò)調(diào)節(jié)定子和轉(zhuǎn)子間的相對(duì)位置，保障無(wú)線(xiàn)通訊的快速有效數(shù)據(jù)傳輸。除此之外，磁懸浮旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)為載荷艙提供精密支承和轉(zhuǎn)動(dòng)控制，通過(guò)磁懸浮旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)角度測(cè)量部件(旋轉(zhuǎn)變壓器)和位移測(cè)量部件(電渦流傳感器)、平臺(tái)艙姿態(tài)測(cè)量部件、載荷艙姿態(tài)測(cè)量部件，保證載荷艙轉(zhuǎn)軸指向控制精度，并為相機(jī)光軸等提供高精度指向測(cè)量數(shù)據(jù)。因此通過(guò)電渦流傳感器等進(jìn)行測(cè)量反饋，通過(guò)控制器進(jìn)行信號(hào)
4、由此可知，磁懸浮旋轉(zhuǎn)掃描衛(wèi)星超寬幅高分辨率成像的前提是磁懸浮旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)超精超穩(wěn)超靜指向性能，一方面，在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo)、工藝參數(shù)指標(biāo)和控制性能指標(biāo)等，提升磁懸浮旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)性能指標(biāo)；另一方面，在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，需要嚴(yán)格落實(shí)質(zhì)量控制，保證產(chǎn)品中各零部件在各個(gè)環(huán)節(jié)的加工、裝調(diào)等質(zhì)量，并在最后環(huán)節(jié)對(duì)產(chǎn)品的性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況進(jìn)行直接的標(biāo)定與修正。
5、從零件角度，傳統(tǒng)的磁懸浮軸系中幾乎都是通過(guò)提高檢測(cè)節(jié)圓的加工精度，并提高電渦流傳感器等的裝配精度，從而提升反饋精度，而加工精度和安裝誤差只能逐漸減小，但是無(wú)法完全消除，因此完全依靠加工裝配等方式提高懸浮指向控制精度無(wú)疑增加產(chǎn)品的研制成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于圓度補(bǔ)償?shù)碾姕u流傳感器檢測(cè)誤差消除方法，利用磁懸浮旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)自帶的電渦流傳感器，通過(guò)差動(dòng)測(cè)量解算和數(shù)據(jù)融合的方式，消除了定子軸在檢測(cè)截面處的圓度等形貌誤差，提高了磁懸浮旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)定轉(zhuǎn)子相對(duì)位姿檢測(cè)精度，為后續(xù)衛(wèi)星的高精度姿態(tài)控制的控制律設(shè)計(jì)提供參考。
2、本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)解決方案是：一種基于圓度補(bǔ)償?shù)碾姕u流傳感器檢測(cè)誤差消除方法，具體為：
3、將磁懸浮軸承采用機(jī)械軸系支承，并在機(jī)械軸系支承狀態(tài)下，通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)磁懸浮軸承的轉(zhuǎn)子緩慢旋轉(zhuǎn)若干周，采集磁懸浮軸承自身的電渦流傳感器所敏感的位移值以及旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)得的相位值；
4、利用所述位移值和所述相位值，通過(guò)相位對(duì)齊建立用于對(duì)磁懸浮軸承定子軸的圓度誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償曲線(xiàn)；
5、將磁懸浮軸承采用磁懸浮軸系支承，利用所述補(bǔ)償曲線(xiàn)對(duì)磁懸浮軸承自身的電渦流傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)按相位進(jìn)行補(bǔ)償，消除定子軸在檢測(cè)截面處的形貌誤差。
6、進(jìn)一步的，本專(zhuān)利技術(shù)方法還包括，利用磁懸浮軸承自身的電渦流傳感器補(bǔ)償后的測(cè)量值，通過(guò)最小二乘估計(jì)磁懸浮軸承定子的瞬時(shí)軸心。
7、進(jìn)一步的，所述的電渦流傳感器包含8個(gè)傳感器探頭，每個(gè)傳感器探頭間隔45°安裝，安裝方位為(q-1)π/4,q∈{1,2,…,8}。
8、進(jìn)一步的，所述的通過(guò)相位對(duì)齊建立用于對(duì)磁懸浮軸承定子軸的圓度誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償曲線(xiàn)，具體為：
9、(41)采集并記錄各組電渦流傳感器所敏感的位移值和旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)得的相位值；
10、(42)利用所測(cè)數(shù)據(jù)在給定相位點(diǎn)進(jìn)行插值，利用定點(diǎn)數(shù)據(jù)代替隨機(jī)采集數(shù)據(jù)；
11、(43)結(jié)合各電渦流傳感器的安裝相位，將各組電渦流傳感器定點(diǎn)數(shù)據(jù)移相并按相角對(duì)齊；
12、(44)計(jì)算同一電渦流傳感器在各周測(cè)得位移的平均值，得到單圈相位-平均位移曲線(xiàn)；
13、(45)計(jì)算各電渦流傳感器所測(cè)得的單圈相位-平均位移曲線(xiàn)的均方根曲線(xiàn)，作為定子上該檢測(cè)節(jié)圓的形貌特征曲線(xiàn)，也是各傳感器的按相位補(bǔ)償曲線(xiàn)。
14、進(jìn)一步的，所述步驟(43)中將各組電渦流傳感器定點(diǎn)數(shù)據(jù)移相并按相角對(duì)齊，具體為：對(duì)于任意安裝在同一條直線(xiàn)上的一對(duì)電渦流傳感器的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行周期變換：
15、δk(α)＝-[σk(α)-σk+4(α+π)],k∈{1,2,3,4}
16、其中，σq(α)為電渦流傳感器安裝平面內(nèi)各電渦流傳感器測(cè)得的定子軸的圓度，q∈{1,2,…,8}，α為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度，δk(α)為安裝在同一條直線(xiàn)上的一對(duì)電渦流傳感器的差動(dòng)位移測(cè)量值。
17、進(jìn)一步的，所述的補(bǔ)償曲線(xiàn)具體為：
18、
19、進(jìn)一步的，所述的利用所述補(bǔ)償曲線(xiàn)對(duì)磁懸浮軸承自身的電渦流傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)按相位進(jìn)行補(bǔ)償，具體為：
20、(71)在磁懸浮軸承支承狀態(tài)下，依據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器確定當(dāng)前相位；
21、(72)在任意采集時(shí)刻，利用各組電渦流傳感器的相位值對(duì)補(bǔ)償曲線(xiàn)進(jìn)行插值計(jì)算，得到該時(shí)刻該組測(cè)量數(shù)據(jù)的補(bǔ)償值；
22、(73)將各組電渦流傳感器測(cè)量值減去該時(shí)刻的補(bǔ)償值，獲得校正后的位移值。
23、進(jìn)一步的，所述的校正后的定轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)的相對(duì)距離值為：
24、
25、其中，χk(α)為任意一對(duì)傳感器探頭差動(dòng)測(cè)量所測(cè)得的定子轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)相對(duì)位移，ρk0為傳感器探頭安裝偏差。
26、進(jìn)一步的，所述的利用磁懸浮軸承自身的電渦流傳感器補(bǔ)償后的測(cè)量值，通過(guò)最小二乘估計(jì)磁懸浮軸承定子的瞬時(shí)軸心為：
27、
28、其中，e為磁懸浮軸承定子軸線(xiàn)和轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)的相對(duì)位置偏差，β為e所在直線(xiàn)與水平方向的夾角。
29、本專(zhuān)利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
30、(1)本專(zhuān)利技術(shù)針對(duì)磁懸浮旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的零件誤差也周期旋轉(zhuǎn)，充分利用差動(dòng)傳感器的高精度測(cè)量能力，消除了各傳感器的安裝偏心，并對(duì)各傳感器測(cè)量值中的圓度誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，從而消除了定子軸在檢測(cè)節(jié)圓處的圓度等形貌誤差；由于充分利用了全部傳感器的測(cè)量信息，任意一個(gè)傳感器的漂移影響都可減小，提高了軸心位置檢測(cè)的精度，并在部分傳感器失效時(shí)，仍然可在較高的精度下檢測(cè)出軸心的相對(duì)位置，提高了傳感器系統(tǒng)的可靠性；
31、(2)本專(zhuān)利技術(shù)是在機(jī)械軸系下定轉(zhuǎn)子相對(duì)位姿為基準(zhǔn)，測(cè)得檢測(cè)節(jié)圓處的圓度等形貌誤本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于圓度補(bǔ)償?shù)碾姕u流傳感器檢測(cè)誤差消除方法，其特征在于：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圓度補(bǔ)償?shù)碾姕u流傳感器檢測(cè)誤差消除方法，其特征在于：還包括，利用磁懸浮軸承自身的電渦流傳感器補(bǔ)償后的測(cè)量值，通過(guò)最小二乘估計(jì)磁懸浮軸承定子的瞬時(shí)軸心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于圓度補(bǔ)償?shù)碾姕u流傳感器檢測(cè)誤差消除方法，其特征在于：所述的電渦流傳感器包含8個(gè)傳感器探頭，每個(gè)傳感器探頭間隔45°安裝，安裝方位為(q-1)π/4,q∈{1,2,…,8}。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于圓度補(bǔ)償?shù)碾姕u流傳感器檢測(cè)誤差消除方法，其特征在于：所述的通過(guò)相位對(duì)齊建立用于對(duì)磁懸浮軸承定子軸的圓度誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償曲線(xiàn)，具體為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于圓度補(bǔ)償?shù)碾姕u流傳感器檢測(cè)誤差消除方法，其特征在于：所述步驟(43)中將各組電渦流傳感器定點(diǎn)數(shù)據(jù)移相并按相角對(duì)齊，具體為：對(duì)于任意安裝在同一條直線(xiàn)上的一對(duì)電渦流傳感器的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行周期變換：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于圓度補(bǔ)償?shù)碾姕u流傳感器檢測(cè)誤差消除方法，其特征在于
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于圓度補(bǔ)償?shù)碾姕u流傳感器檢測(cè)誤差消除方法，其特征在于：所述的利用所述補(bǔ)償曲線(xiàn)對(duì)磁懸浮軸承自身的電渦流傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)按相位進(jìn)行補(bǔ)償，具體為：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于圓度補(bǔ)償?shù)碾姕u流傳感器檢測(cè)誤差消除方法，其特征在于：所述的校正后的定轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)的相對(duì)距離值為：
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于圓度補(bǔ)償?shù)碾姕u流傳感器檢測(cè)誤差消除方法，其特征在于：所述的利用磁懸浮軸承自身的電渦流傳感器補(bǔ)償后的測(cè)量值，通過(guò)最小二乘估計(jì)磁懸浮軸承定子的瞬時(shí)軸心為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于圓度補(bǔ)償?shù)碾姕u流傳感器檢測(cè)誤差消除方法，其特征在于：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圓度補(bǔ)償?shù)碾姕u流傳感器檢測(cè)誤差消除方法，其特征在于：還包括，利用磁懸浮軸承自身的電渦流傳感器補(bǔ)償后的測(cè)量值，通過(guò)最小二乘估計(jì)磁懸浮軸承定子的瞬時(shí)軸心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于圓度補(bǔ)償?shù)碾姕u流傳感器檢測(cè)誤差消除方法，其特征在于：所述的電渦流傳感器包含8個(gè)傳感器探頭，每個(gè)傳感器探頭間隔45°安裝，安裝方位為(q-1)π/4,q∈{1,2,…,8}。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于圓度補(bǔ)償?shù)碾姕u流傳感器檢測(cè)誤差消除方法，其特征在于：所述的通過(guò)相位對(duì)齊建立用于對(duì)磁懸浮軸承定子軸的圓度誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償曲線(xiàn)，具體為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于圓度補(bǔ)償?shù)碾姕u流傳感器檢測(cè)誤差消除方法，其特征在于：所述步驟...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：羅睿智，趙同爽，張激揚(yáng)，樊亞洪，陳志華，王英廣，徐勤超，李貴明，王晗，劉西全，張鵬波，吳金濤，展毅，王朋彥，張子玉，董晨陽(yáng)，張清濤，張春艷，李盼，白曉波，高巖，許庚晨，馬金芝，李雪峰，丁志南，鄭向琳，
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