[发明专利]基于主动反馈的气浮摩擦系数测量及误差分析系统及方法

说明书

基于主动反馈的气浮摩擦系数测量及误差分析系统及方法，属于空间技术领域。本发明提出一种主动反馈式气浮摩擦系数测量方法，该方法可精确测量空间飞行器在气悬浮状态下的启动和稳态摩擦系数，从而得到动力学控制模型中的气浮摩擦干扰项，使得动力学模型更加精确，提高空间飞行器的地面验证试验的有效性。

技术领域

本发明涉及基于主动反馈的气浮摩擦系数测量及误差分析方法，属于地面演示验证试验及微弱参数测量方法领域，可用于地面试验系统的设计、气浮零重力设备的摩擦估计以及动力学模型的精确修模等任务中。

背景技术

空间飞行器的发射任务的功能和性能指标要求朝着复杂化、多样化和精确化方向不断迈进。复杂功能及高、精指标需求均对空间飞行器的设计和地面高保真验证提出了特殊需求。气悬浮方法具有精度高、成本低以及试验时长不受限等特点，是空间飞行器在地面重力场环境中实现微低重力特性的重要且广泛的方案，对于空间飞行器的功能演示和控制算法等的验证具有重要意义。气悬浮方法由于压缩气体的粘滞特性，不可避免地存在一定的摩擦阻力，由此给空间飞行器的动力学控制模型带来了误差项，影响动力学模型的精度甚至会影响到控制算法的有效性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了基于主动反馈的气浮摩擦系数测量及误差分析方法，精确测量空间飞行器在气悬浮状态下的启动和稳态摩擦系数，从而得到动力学控制模型中的气浮摩擦干扰项，使得动力学模型更加精确，提高空间飞行器的地面验证试验的有效性。

本发明的技术解决方案是：基于主动反馈的气浮摩擦系数测量及误差分析系统，包括驱动电机、减速器、柔性推杆、压力传感器、球铰接触板、负载、柔性供气管路、数据处理单元、位姿调整机构、气垫、气浮平台；

所述驱动电机的输出轴与减速器的输入端连接，实现驱动力的输出和速度调节；

所述柔性推杆与减速器的输出端连接；所述压力传感器后端与柔性推杆固连，前端与球铰接触板固连；柔性推杆、压力传感器以及球铰接触板共同实现对负载的渐增推力以及驱动力曲线测量；球铰接触板适应负载的非结构化外形，保证推力输出的稳固；

柔性供气管路提供压缩气体给气垫，实现负载在气浮平台上的重力补偿，使得负载相对于气浮平台处于自由漂浮状态；

所述数据处理单元用于压力传感器的测力数据处理以及推力曲线可视化；

所述位姿调整机构以及气垫分别调整使得柔性推杆与负载相对气浮平台均处于水平状态。

进一步地，所述驱动电机与减速器配合，通过调节电机的转速实现推力施加速度的调节，且保证力的施加重复性，提高摩擦力测量的准确性。

进一步地，所述柔性推杆内部设有柔性环节，避免球铰接触板与负载在接触的瞬间产生冲击从而导致压力传感器的测量结果失真，柔性环节还用于延长接触时间并获得力-时间数据，提高测量结果的精度。

进一步地，所述球铰接触板通过万向球铰装置自适应装配误差以及位姿偏差，保证推力施加过程球铰接触板的前端平面与负载始终接触。

进一步地，所述数据处理单元用于在线监测压力传感器的测量数据，通过数据曲线的拟合判断测量装置的调整精度是否满足要求以及摩擦力多次测量的重复性是否满足预设要求。

进一步地，所述位姿调整机构为分布式多点支撑形式，通过每个部分的高度调节，实现测量装置的高度、俯仰角的同时调整，使得测量装置推力施加位置符合预设要求，且与气浮平台保持水平；

进一步地，所述气垫采用多组联合使用方式，实现对负载重量的分配，使得气垫与气浮平台间形成均匀的气膜；同时，实现与位姿调整机构相同高度及俯仰角调整功能，使得负载与气浮平台保持水平。