專利名稱：變參數動力學與控制實驗系統及利用該實驗系統進行實驗的方法
技術領域：
本發明涉及一種動力學與控制實驗系統，更具體地說涉及一種變參數動力學與控制實驗系統及利用該實驗系統進行實驗的方法。
背景技術：
“中心剛體+撓性附件”是一類在實際工程中具有廣泛代表性的撓性結構，也是動力學與控制研究的典型對象。作為動力學建模研究來說，在精度要求不高時一般采用伯努利-歐拉梁模型，精度要求較高時則應當考慮轉動慣量的剪切力影響的Timoshenko梁模型，而更嚴格的模型是同時考慮了幾何非線形和材料非線形的有限變形梁。到底采用什么模型？怎樣離散化？剛體與彈性體之間、及其同控制之間如何耦合？以及系統的動態特性和穩定性等，這些都需要通過全物理實驗來進行研究和驗證。實驗的目的，從動力學角度看主要是研究剛柔耦合系統的力學特性，從控制角度看主要是研究在附件振動影響下能否實現對中心剛體姿態角運動的控制目標。
此外，長期以來，結構和參數的變化是影響系統動力學控制的重要因素，而撓性振動是其中最典型的表現形式。幾十年來，由于對撓性振動沒有考慮或考慮不夠而造成工程上的故障及任務失敗的例子不勝枚舉。所以加強撓性結構全物理控制實驗研究迫在眉睫。將剛柔耦合結構變參數智能控制技術研究的結果通過更完善的全物理仿真實驗進行比較驗證，具有及其重要的現實意義。
然而，目前國內外這類實驗裝置的技術現狀并不理想。其中David B S，Daniel B E.所著的Experiment demonstration ofthe flexible sructures.J.Guidance(第7卷，1984年第5號)描述了早期的撓性結構實驗，由于沒有采取抵消重力影響的適當措施，所以測得的頻率和振型不是撓性板自身的；狼嘉彰，木田隆等所著的《大型撓性衛星三軸姿態控制的實驗研究》(日本航空宇宙學會志，1987年，第407號，第35卷，第569-576頁)中介紹的實驗系統采用了氣浮臺技術，因此解決了上述重力影響問題，但是其電源是由地面通過外加纜索接入的，達不到對象模型的純粹性。剛體姿態角由三腳架上的攝像機測量，依賴于地面信息計算處理，達不到測控功能的獨立性；李季蘇，牟小剛所著的《撓性結構物理仿真研究》等文獻所介紹的實驗系統在對象模型的純粹性和測控功能的獨立性方面有了一定的改進，但由于獨立測量和無線通訊等技術條件的限制，所以實驗效果并不能令人滿意。
尤其需要強調的是，目前已有的實驗設備都不具備模型參數的可調性和時變性，因此理論參考和工程應用價值都不大。具體地說，在現有的實驗裝置中，僅僅只能通過在每次實驗中更換撓性功能模板或增減配重等做法來改變系統剛柔耦合系數、模態頻率等關鍵參數。并且在每次實驗中都是通過人工操作給撓性板施加干擾，因此每次實驗中干擾力矩的大小都不一樣，這導致實驗結果不一致。

發明內容
針對上述問題，本發明的一個目的在于提供一種變參數動力學與控制實驗系統，這種系統可以達到對象模型的純粹性、測控功能的獨立性和模型參數的可調性與時變性的目標。
本發明的另一個目的在于提供一種利用上述變參數動力學與控制實驗系統進行實驗的方法。
本發明的目的是通過下述技術手段實現的。
本發明提供一種變參數動力學與控制實驗系統，包括氣源及由氣浮臺和氣浮軸承組成的氣浮裝置；剛性主體；主體噴氣力矩執行裝置；撓性附件裝置；主體角運動測量裝置；信號調理及數顯裝置；通訊測控裝置；其中，所述撓性附件裝置與所述剛性主體固連在一起，所述主體噴氣力矩執行裝置包括依次相連的儲氣瓶、主體送氣管路、主體電磁閥和主體噴嘴；儲氣瓶安裝在剛性主體底部，主體噴嘴固定設置在撓性附件裝置上；所述剛性主體、主體噴氣力矩執行裝置、撓性附件裝置、主體角運動測量裝置及信號調理數顯裝置安裝在由氣浮軸承浮起的與地面隔離的氣浮臺上；其中，所述撓性附件裝置包括撓性附件支架、可伸縮撓性附件和約束夾緊部件，其中附件支架與剛性主體固連，約束夾緊部件固連在附件支架兩端，可伸縮撓性附件穿過約束夾緊部件可伸縮地連接在撓性附件支架上；可伸縮撓性附件與約束夾緊部件之間滑動配合；所述主體角運動測量裝置為感應同步器，該同步器的輸出端與所述信號調理及數顯裝置通過導線電連接；所述測控通訊裝置包括固連在剛性主體內的現場計算機和采用無線方式與該現場計算機通訊的地面主計算機；所述實驗系統還包括用于為該實驗系統提供標準干擾力矩的撓性結構小推力驅動裝置，該裝置可移動地安裝在撓性附件裝置的可伸縮撓性附件端部。
本發明變參數動力學與控制實驗系統的第一個改進之處在于所述撓性附件裝置中的撓性附件支架是一個固連在剛性主體兩側的對稱桁架支撐件，該支撐件由底梁、側梁和頂梁連接構成；所述可伸縮撓性附件包括驅動部件、傳動部件、撓性附件組合件，其中驅動部件是步進電機，傳動部件由滾珠絲杠和套筒組成，滾珠絲杠兩端固定在桁架支撐件的底梁上；步進電機固連在桁架支撐件底梁一端并與滾珠絲杠同軸連接；所述撓性附件組合件包括撓性模板和與其一端固連的運動滑塊，該運動滑塊與套筒固連且可滑動地安裝在桁架支撐件底梁上。
本發明變參數動力學與控制實驗系統的第二個改進之處在于所述約束夾緊部件包括托架、固連在該托架內的夾緊組合和支撐組合；其中托架為方框形且固連在所述撓性附件支架兩端，夾緊組合由成對設置在托架兩側內壁的相對位置處的夾緊件組成，支撐組合由設置在托架底板上的支撐件組成；所述撓性模板穿過托架，且其兩側與夾緊件之間滑動配合，該撓性模板底面與支撐件之間滑動配合。
本發明變參數動力學與控制實驗系統的第三個改進之處在于所述夾緊組合由四對滾珠軸承構成，且該滾珠軸承分別通過各自的軸承架固連在托架側壁上，所述支撐組合由一個滾針軸承構成，且該滾針軸承通過其軸承架固連在托架的底板上。
本發明變參數動力學與控制實驗系統的第四個改進之處在于所述感應同步器的轉子固定安裝在氣浮臺底部，定子固定安裝在一個與剛性主體通過一根中空管固連的底盤上，定子的輸出經由一個直接前級放大器并通過設置在該中空管中的所述導線與所述信號調理和數顯裝置電連接。
本發明變參數動力學與控制實驗系統的第五個改進之處在于所述撓性結構小推力驅動裝置包括可移動限位部件、閥門、噴氣部件和送氣管路；其中可移動限位部件與噴氣部件固連，閥門連接在送氣管路上，該送氣管路一端與噴氣部件相連，另一端通過一個三通管接頭與所述主體送氣管路相連。
本發明變參數動力學與控制實驗系統的第六個改進之處在于所述閥門是通過現場計算機以脈寬調制信號進行控制的電磁閥，所述噴氣部件具有噴氣方向相反的兩個噴嘴，且該噴嘴的口徑為所述主體噴氣力矩執行裝置中主體噴嘴口徑的0.2倍。
此外，本發明還提供一種利用上述實驗系統進行實驗的方法。
本發明的實驗方法包括下列步驟(1)對氣浮軸承供氣以浮起氣浮臺，以便將所述剛性主體及與其連接的其他裝置浮起與地面隔離；(2)向所述現場計算機輸入控制程序；(3)現場計算機依據所述控制程序執行對實驗系統中各裝置的控制，并采集相關實驗數據；(4)對實驗數據進行分析、處理；其中，所述控制程序由主計算機通過無線通訊的方式發送給現場計算機，該現場計算機讀取控制程序中的模態參數用以控制所述撓性附件裝置中撓性模板的伸縮，和讀取該控制程序中的干擾力矩參數用以控制所述撓性小推力驅動裝置所產生的干擾力矩；現場計算機從所述信號調理和數顯裝置中直接采集剛性主體角運動信號并通過無線通訊方式將此信號傳送給主計算機進行處理。
本發明的實驗方法的第一個改進之處在于所述撓性模態參數是用于控制撓性附件裝置中步進電機轉速的脈寬調制波參數和用于控制該步進電機轉向的計數器參數；所述干擾力矩參數是用于控制撓性小推力驅動裝置中電磁閥開關的脈寬調制參數。
本發明的實驗方法的第二個改進之處在于現場計算機的軟件系統包括駐留軟件模塊和當前運行軟件模塊，其中駐留軟件模塊用于保留現場計算機與主計算機之間的通訊并執行當前軟件運行軟件模塊；現場計算機將主計算機傳送過來的參數和指令嵌入駐留軟件模塊中以形成當前運行軟件模塊，并依據所形成的該當前運行軟件模塊讀取所述參數和指令以便對實驗系統中的相應裝置進行控制；駐留軟件模塊可通過接收主計算機的指令刪除和更換當前運行軟件模塊。
本發明的實驗系統和實驗方法可帶來如下有益效果本發明的動力學與控制實驗系統與傳統的相似實驗系統相比，由于在結構和控制方面的大膽突破，所以能夠較完滿地完成前述的對象模型的純粹性、測控功能的獨立性和模型參數的可調性與時變性的目標。具體來說，將實驗臺浮起，并把測量剛性主體角運動的感應同步器的輸出直接接到實驗臺上，以及主計算機和現場計算機采用無線方式進行通訊，這些特點都使得系統可滿足對象模型的純粹性和測控功能的獨立性的要求。同時，采用可伸縮撓性附件裝置和撓性小推力驅動裝置則成功地解決了傳統的類似實驗系統中參數無法時變的難題。
根據本實驗系統的第一至第三個改進之處，所述撓性附件裝置中的撓性附件可伸縮，即夾緊部件7和運動滑塊6之間的撓性附件由于其平面外的運動受到約束夾緊部件7的限制，因此不產生振動，而夾緊部件7以外的部分可以自由振動。由于撓性附件的有效振動長度隨著撓性附件的伸縮發生變化，因此導致實驗系統總轉動慣量、耦合參數及振動頻率同時發生了變化。由此在實驗過程中達到系統主要參數時變的目的。
根據本實驗系統的第四個改進之處，將所述感應同步器反裝，即該同步器的直接前級放大輸出接到實驗臺上并由現場計算機直接采集角度處理信號。因而無需像傳統實驗系統中那樣，將定子裝在轉子的上方，主體角運動信號必須傳送到地面上另行處理。這就使得系統結構簡單可靠，并且保證了被控對象的純粹性與測控功能的獨立性。
根據本發明的第五和第六個改進之處，利用所述撓性結構小推力驅動裝置為實驗系統提供相同的干擾力矩，從而避免了以往實驗中由操作人員人為給撓性板干擾，使得每次實驗的干擾力矩都不一樣，進而導致實驗結果不一致的弊端。同時，該裝置還實現了撓性結構邊界(點)控制的噴氣方式。
根據本發明的實驗方法，在一次完整的實驗過程中，本發明的實驗系統可脫離實驗人員的人為控制自主進行實驗，可由現場計算機直接采集主體角運動參數而無需由地面附加裝置測量該角運動數據，從而達到對象模型的純粹性和測控功能獨立性的目的。此外，在實驗過程中還可根據需要隨時改變相關動力學或控制實驗參數達到實驗系統參數時變的目的。
根據本發明的實驗方法的第一個改進之處，可通過改變撓性附件裝置的可伸縮附件的伸縮方向和伸縮速率達到實驗系統的剛柔耦合系數、模態頻率、振動阻尼等關鍵參數時變的目的；還可通過改變撓性小推力驅動裝置中噴氣控制電磁閥的開關來改變其所產生的干擾力矩。
根據本發明的實驗方法的第二個改進之處，在每個實驗循環過程中，無需實驗人員的介入本發明的實驗系統就可以獨立完成實驗。并且可以通過主計算機向現場計算機發送不同的控制運行軟件而實現不同模式的實驗，如可進行仿真實驗、遙控實驗等，且同一模式實驗中的實驗條件也可以實現時變，因而在變參數動力學和控制實驗研究中意義重大。
附圖簡要說明下面將結合附圖詳細說明本發明的實施例。其中

圖1是本發明變參數動力學與控制實驗系統中由現場計算機所控制的實驗臺部分的示意圖；圖2是本發明變參數動力學與控制實驗系統的撓性附件裝置中約束夾緊部件處的部分側視圖；圖3是本發明變參數動力學與控制實驗系統的主體角運動測量裝置中感應同步器的安裝結構簡圖；
圖4是根據本發明的實驗方法的流程示意圖。
具體實施例方式參照圖1。圖1是本發明變參數動力學與控制實驗系統中由現場計算機所控制的實驗臺部分的示意圖。從圖中可看出，該實驗裝置在結構上是完全對稱的，因此在此僅描述一側的結構即可。如圖1所示，打開實驗系統氣源后，氣浮軸承2動作將剛性主體4和撓性附件桁架支撐件3，以及安裝在剛性主體內4內的其他實驗裝置浮起并與地面隔離。這樣就可以無接觸地托起整個動力學系統，克服自身重力影響，模擬動力學系統的自由運動。所述撓性附件裝置由桁架支撐件3、固連在該支撐件3兩端的撓性附件以及約束夾緊部件7組成。其中桁架支撐件3對稱安裝在剛性主體4兩側并由頂梁、底梁和側梁連接構成，撓性附件包括用作驅動裝置的步進電機5，用作傳動裝置的滾珠絲杠及其套筒13，和由撓性模板8及固連在其一端的運動滑塊6組成的撓性附件組合件。其中步進電機5固連在桁架支撐件3的底梁一端且與滾珠絲杠13同軸連接，該滾珠絲杠13兩端用滾珠軸承固定在桁架支撐件3的底梁上。運動滑塊6與滾珠套筒固連，并通過滾針式平動軸承安裝在桁架支撐件3的底梁上。步進電機5轉動產生驅動力，通過滾珠絲杠和套筒13帶動運動滑塊6在桁架支撐件3的底梁上作直線平動，從而帶動撓性模板8沿水平方向作伸縮運動。在桁架支撐件底梁端部安裝有夾緊部件7，用于夾緊穿過其中的撓性模板8(將在下文結合圖2詳細說明)。在本實施例中，可由主計算機設置脈寬調制波參數來控制步進電機5的轉速進而控制撓性模板8的伸縮速率，并由該主計算機設置現場計算機內的一個計數器的工作狀態來控制該撓性模板8的伸縮方向。撓性模板8可以是鋼板、鋁板或帶方孔的鋁板等多種形式。下列表1示出了采用這種可伸縮撓性附件裝置的實驗系統的關鍵參數指標。
表1 關鍵參數變化范圍結果 從表1中可看出，本實驗系統各個關鍵參數都有較大的變化范圍。所以就可以根據理論研究和實際需要，并按照任務模型將運動滑塊6伸縮到適當位置，與要求的模型參數相匹配，進行相應的力學和動力學控制實驗。這樣實現的參數可調性是以往僅僅通過更換撓性功能模板或增減配重等做法難以比擬的。
此外，桁架支撐件3側梁上安裝有用于為剛性主體4提供執行力矩的電磁閥及主體噴嘴12。可由位于剛性主體4內部的現場計算機(未示出)控制電磁閥開關，選擇正反相噴氣，由此使主體實現正反相旋轉。在桁架支撐件3的頂梁上安裝有一天線11，用于在實驗中實現地面主計算機(未示出)與現場計算機之間的無線通訊。而且，在撓性模板8的端部設置有撓性結構小推力驅動裝置。該裝置包括一個可沿撓性模板8端部移動的夾緊限位部件20、一個具有正反兩個方向噴嘴的噴氣部件21、送氣管路和控制電磁閥。經由一個三通管接頭從主體4的噴氣力矩執行裝置的主體噴嘴12前端引出一分支，給本驅動裝置供氣。可用一個夾子或類似部件將夾緊限位部件20固定在撓性模板8板端部不同位置處。該裝置中噴氣部件噴嘴的口徑最好為所述主體噴氣執行力矩執行裝置中主體噴嘴12口徑的0.2倍。所述控制電磁閥由現場計算機通過脈寬調制進行控制，因而可根據實驗需要提供各種標準干擾力矩。
如圖1所示，由于本實驗系統在機械結構上嚴格對稱，故另一側結構和連接關系與上述相應部分的內容相同，在此不再贅述。
參照圖2。圖2是本發明變參數動力學與控制實驗系統的撓性附件裝置中約束夾緊部件處的部分側視圖。在圖中，撓性模板8穿過方框形的托架14，該托架14固連在桁架支撐件3的底梁端部。在托架14兩側內壁上相對位置處固定地設置有兩對夾緊件9，9′和10，10′，在托架14的底板上固定設置有一支撐件15。適當調整夾緊件9，9′之間和10，10′之間的距離及支撐件15的安裝高度，以使得撓性模板8與夾緊件和支撐件之間實現滑動配合，即當撓性模板8在作伸縮運動時，夾緊件9，9′和10，10′將該模板8夾緊，而支撐件15將該撓性模板8托住。由此能夠確保在夾緊模板8的同時不影響其伸縮性能，所以能限制撓性附件的振動。在本實施例中，夾緊件可選用滾珠軸承，支撐件可選用滾針軸承。
參照圖3。圖3是主體角運動測量裝置感應同步器的裝配示意圖。與工程上的慣用方式相比，這種裝配方式實現了定轉子反裝。在圖中，定子18和轉子19安裝在氣浮軸承2的底部氣浮臺1(如圖1所示)中。其中定子18固定安裝在底盤22上，該底盤22通過一中空管17與剛性主體4固連；轉子19通過一連接件24固定安裝在氣浮臺1底部。定子18輸出的主體角運動信號通過一個前級放大器23直接連接到由氣浮軸承4浮起的實驗臺上，并由現場計算機直接采集角度信號并進行相應處理，隨后響應主計算機的指令將處理過的角運動信號發送到主計算機。
參照圖4，圖4是根據本發明的實驗方法的流程示意圖。實驗開始后，主計算機先進行辨識、初始化，現場計算機(即從機)進行通信、計數器初始化；然后主計算機通過無線通訊方式向現場計算機發送開始控制指令；隨后，主計算機打開存儲文件，根據需要選擇控制程序，進入控制循環。在一個控制循環周期中，現場計算機根據由主計算機發送過來的控制程序(該程序中包括有關數據及控制指令)對相關實驗裝置進行控制，即驅動相關控制電磁閥；然后讀取由所述感應同步器測得的剛性主體4的角運動參數以及其他相關數據，最后將這些數據打包并發送給主計算機。主計算機接收現場計算機發送過來的數據并對其進行辨識和控制參數計算，根據對數據計算和分析的結果，并結合實驗目的和要求，向現場計算機發送相應控制數據和指令，從而進入新一輪動力學或控制實驗循環。其中所述的參數包括控制撓性附件裝置中撓性模板伸縮方向的計數器參數、控制該模板伸縮速率的脈寬調制波參數，以及控制撓性小推力驅動裝置中電磁閥開關的脈寬調制波參數。現場計算機接收到這些控制參數后就可以對撓性模板的伸縮及撓性小推力驅動裝置所產生的干擾力矩的大小和方向進行控制。同時，主計算機接收來自現場計算機的剛性主體角運動數據并根據實際需要調整控制所述主體噴氣控制電磁閥的脈寬調制信號，以便改變主體噴氣力矩的大小和方向。通過上述參數的設置以及對參數和相關控制指令的執行，就可以達到在一次實驗中控制主體運行姿態和比較不同實驗條件下不同實驗結果的目的。
現場計算機的軟件系統包括駐留軟件模塊(可稱之為“殼”軟件)和當前運行軟件模塊(可稱之為“內核”軟件)，現場計算機電源一起動，就自動運行其“殼”軟件，即環境軟件。現場計算機具有接收內核、開始執行內核、停止執行內核和退出系統等功能，由主計算機發送遙控通訊命令來決定現場計算機具體執行哪種功能。相應地，主計算機可進行上傳內核、開始執行內核、停止執行內核、下載數據和退出系統等命令操作。現場計算機和主計算機都有自己相應的內核(數據)駐留文件夾。在進行所述內核軟件和有關數據通訊傳送的過程中，只需起動“上傳內核”命令，所述“殼”軟件便自動執行“接收內核”功能模塊，把從主計算機內核軟件中駐留文件夾傳來的文件代碼放置在現場計算機的內核(數據)駐留文件夾中，以便覆蓋原來的內核文件夾。于是，下次再執行“內核”軟件時，便是執行最新傳來的內核文件。必須強調，只有不退出所述“殼”軟件這一環境軟件的前提下，才能完成上述功能。
利用本發明的實驗系統和實驗方法可以進行對稱安裝與不對稱安裝撓性結構動力學實驗和各種控制實驗，可以進行撓性附件伸縮過程中的動力學與控制方法實驗研究，可以做振動抑制實驗也可以做大角度機動實驗，可以針對有關型號任務在一定程度上進行控制方案的實驗驗證。同時，可以用于對航天器控制工程師進行控制系統培訓、以及用于幫助高校自控專業學生掌握典型控制系統。
雖然上文結合實施例對本發明的內容進行了詳細說明，但是本領域普通技術人員應當理解，在不背離附后的所要求保護的范圍和精神的前提下，本發明還可以有各種變化和實施方式。
權利要求
1.一種變參數動力學與控制實驗系統，包括氣源及由氣浮臺和氣浮軸承組成的氣浮裝置；剛性主體；主體噴氣力矩執行裝置；撓性附件裝置；主體角運動測量裝置；信號調理及數顯裝置；通訊測控裝置；其中，所述撓性附件裝置與所述剛性主體固連在一起，所述主體噴氣力矩執行裝置包括依次相連的儲氣瓶、主體送氣管路、主體電磁閥和主體噴嘴；儲氣瓶安裝在剛性主體底部，主體噴嘴固定設置在撓性附件裝置上；所述剛性主體、主體噴氣力矩執行裝置、撓性附件裝置、主體角運動測量裝置及信號調理數顯裝置安裝在由氣浮軸承浮起的與地面隔離的氣浮臺上，其特征在于所述撓性附件裝置包括撓性附件支架、可伸縮撓性附件和約束夾緊部件，其中附件支架與剛性主體固連，約束夾緊部件固連在附件支架兩端，可伸縮撓性附件穿過約束夾緊部件可伸縮地連接在撓性附件支架上；可伸縮撓性附件與約束夾緊部件之間滑動配合；所述主體角運動測量裝置為感應同步器，該同步器的輸出端與所述信號調理及數顯裝置通過導線電連接；所述測控通訊裝置包括固連在剛性主體內的現場計算機和采用無線方式與該現場計算機通訊的地面主計算機；所述實驗系統還包括用于為該實驗系統提供標準干擾力矩的撓性結構小推力驅動裝置，該裝置可移動地安裝在撓性附件裝置的可伸縮撓性附件端部。
2.如權利要求1所述的變參數動力學與控制實驗系統，其特征在于所述撓性附件裝置中的撓性附件支架是一個固連在剛性主體兩側的對稱桁架支撐件，該支撐件由底梁、側梁和頂梁連接構成；所述可伸縮撓性附件包括驅動部件、傳動部件、撓性附件組合件，其中驅動部件是步進電機，傳動部件由滾珠絲杠和套筒組成，滾珠絲杠兩端固定在桁架支撐件的底梁上；步進電機固連在桁架支撐件底梁一端并與滾珠絲杠同軸連接；所述撓性附件組合件包括撓性模板和與其一端固連的運動滑塊，該運動滑塊與套筒固連且可滑動地安裝在桁架支撐件底梁上。
3.如權利要求1或2所述的變參數動力學與控制實驗系統，其特征在于所述約束夾緊部件包括托架、固連在該托架內的夾緊組合和支撐組合；其中托架為方框形且固連在所述撓性附件支架兩端，夾緊組合由成對設置在托架兩側內壁的相對位置處的夾緊件組成，支撐組合由設置在托架底板上的支撐件組成；所述撓性模板穿過托架，且其兩側與夾緊件之間滑動配合，該撓性模板底面與支撐件之間滑動配合。
4.如權利要求3所述的變參數動力學與控制實驗系統，其特征在于所述夾緊組合由四對滾珠軸承構成，且該滾珠軸承分別通過各自的軸承架固連在托架側壁上，所述支撐組合由一個滾針軸承構成，且該滾針軸承通過其軸承架固連在托架的底板上。
5.如權利要求1或2所述的變參數動力學與控制實驗系統，其特征在于所述感應同步器的轉子固定安裝在氣浮臺底部，定子固定安裝在一個與剛性主體通過一根中空管固連的底盤上，定子的輸出經由一個直接前級放大器并通過設置在該中空管中的所述導線與所述信號調理和數顯裝置電連接。
6.如權利要求1或2所述的變參數動力學與控制實驗系統，其特征在于所述撓性結構小推力驅動裝置包括可移動限位部件、閥門、噴氣部件和送氣管路；其中可移動限位部件與噴氣部件固連，閥門連接在送氣管路上，該送氣管路一端與噴氣部件相連，另一端通過一個三通管接頭與所述主體送氣管路相連。
7.如權利要求6所述的變參數動力學與控制實驗系統，其特征在于所述閥門是通過現場計算機以脈寬調制信號進行控制的電磁閥，所述噴氣部件具有噴氣方向相反的兩個噴嘴，且該噴嘴的口徑為所述主體噴氣力矩執行裝置中主體噴嘴口徑的0.2倍。
8.一種以權利要求1所述的變參數動力學與控制實驗系統進行實驗的方法，包括下列步驟(1)、對氣浮軸承供氣以浮起氣浮臺，以便將所述剛性主體及與其連接的其他裝置浮起與地面隔離；(2)、向所述現場計算機輸入控制程序；(3)、現場計算機依據所述控制程序執行對實驗系統中各裝置的控制，并采集相關實驗數據；(4)、對實驗數據進行分析、處理；其特征在于所述控制程序由主計算機通過無線通訊的方式發送給現場計算機，該現場計算機讀取控制程序中的模態參數用以控制所述撓性附件裝置中撓性模板的伸縮，和讀取該控制程序中的干擾力矩參數用以控制所述撓性小推力驅動裝置所產生的干擾力矩；現場計算機從所述信號調理和數顯裝置中直接采集剛性主體角運動信號并通過無線通訊方式將此信號傳送給主計算機進行處理。
9.如權利要求8所述的控制實驗系統進行實驗的方法，其特征在于所述撓性模態參數是用于控制撓性附件裝置中步進電機轉速的脈寬調制波參數和用于控制該步進電機轉向的計數器參數；所述干擾力矩參數是用于控制撓性小推力驅動裝置中電磁閥開關的脈寬調制參數。
10.如權利要求8或9所述的控制實驗系統進行實驗的方法，其特征在于現場計算機的軟件系統包括駐留軟件模塊和當前運行軟件模塊，其中駐留軟件模塊用于保留現場計算機與主計算機之間的通訊并執行當前軟件運行軟件模塊；現場計算機將主計算機傳送過來的參數和指令嵌入駐留軟件模塊中以形成當前運行軟件模塊，并依據所形成的該當前運行軟件模塊讀取所述參數和指令以便對實驗系統中的相應裝置進行控制；駐留軟件模塊可通過接收主計算機的指令刪除和更換當前運行軟件模塊。
全文摘要
一種變參數動力學與控制實驗系統,包括:氣源及由氣浮臺和氣浮軸承組成的氣浮裝置;剛性主體;主體噴氣力矩執行裝置;性附件裝置;主體角運動測量裝置;信號調理及數顯裝置;通訊測控裝置;撓性附件裝置與所述剛性主體固連在一起,所述剛性主體、主體噴氣力矩執行裝置、撓性附件裝置、主體角運動測量裝置及信號調理數顯裝置安裝在由氣浮軸承浮起的與地面隔離的氣浮臺上。這種系統可以達到對象模型的純粹性、測控功能的獨立性和模型參數的可調性與時變性的目標。同時本發明提供的利用上述變參數動力學與控制實驗系統進行實驗的方法簡單,控制精度較高,延時時間較短。
文檔編號G01M99/00GK1358993SQ0114494
公開日2002年7月17日 申請日期2001年12月24日 優先權日2001年12月24日
發明者李智斌, 吳宏鑫, 王曉磊, 李季蘇, 容伊, 郝永波, 張洪華, 李通生, 肖今雄, 于志杰, 解永春, 楊天安, 邢琰 申請人:北京控制工程研究所