文档介绍：目录
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国内外研究状况 1
论文的主要工作及体系结构 3
2、总体方案设计 4
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3、推力矢量测试系统的研究 6
多分力技术的研究 6
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推力矢量测试传感器的结构设计 10
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测试系统的数学模型 11
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4、数据采集系统、硬件实现 15
数据采集系统实现 15
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-6221的数据采集系统 16
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5、系统仿真 23
常规机动控制律仿真 24
大迎角超机动控制律仿真 25
6、实验结果不确定度分析 27
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参考文献 29
致谢 31

随着社会的发展和科学的进步,对计量测试技术也越来越多的提出新的要求。力的测量方法,主要是将传感器放置在产生力的被测对象进行力传递的某个环节上,如果力的发生位置和传感器安装位置足够接近,而且传感器具有测量力矢量的所有信息的能力,那么这种测试方案是比较理想的。小型火箭发动机燃烧产生的推力是一种综合矢量力,不能将传感器放置在燃烧室,因此,需要传感器或装置能够在接触或传递位置测量出力矢量,经过反向求解,得到真正力作用点处推力矢量。
各种结构向高速、精密、重载、复杂工况的不断发展,精确测定这些结构所受力载荷的需求日益显得迫切。传统的单分量测力方法己不能满足技术发展的要求。例如:在固体火箭发动机的推力测试中,采用单一主推力测试方法不可能取得发动机工作特性的准确数据。只有通过测量寄生分量(两个侧向力和三个力矩)和轴向载荷,以及它们与各个测量的关系,才能取得发动机工作特性的准确数据。这些问题只有通过多分量测力才能解决。
除了上述涉及的研究内容之外,机器人手腕控制所用的六维力传感器、轮胎试验机的六维力传感器、飞行器模型风洞试验测量的六分力天平,石油钻探钻杆受力测量、发动机推力矢量测试、铁塔工作状态监测等。这些也对多分力计的研究有着广泛的需求。
从应用情况来看,多分力计可以分为两大类。一类用于测量:主要应用在计量和力值比对方面,这时对多分力计的静态特性要求较高:另一类用于控制:更广泛地应用于机器人控制,汽车轮胎试验等各方面。本课题研制的火箭发动机推力矢量测试系统是主要用来作为评定发动机性能好坏的标准,主要目的是更好的获取发动机工作特性的准确数据,使之在规定量程内精确地反映力值及其动态响应[1][2]。
火箭推进技术广泛应用于空间科学实验与国防建设中,发动机推力的精确控制对控制飞行器运行姿态、提高目标命中精度等具有重要意义。轨控发动机与一般的推进发动机不同,轨控发动机为断续工作状态,每次发动机点火的时间可能只持续几毫秒到几十毫秒,尽可能短的点火调整时间对保证飞行器运行轨道十分必要。所以准确了解火箭发动机的推力状况是提高控制精度、减少发动机工作时间的必要前提。
国内外研究状况
国内外研究六维力传感器是从六维腕力传感器开始的。再在70年代初瑞士联邦工学院就开始了这方面的研究,并设计了一种以电子应变片为敏感元件的六维力传感器,从理论上探索了解决这个问题的可能性,随后,日本、美国、法国、比利时和以色列等国也相继进行了探索研究,先后设计了应用于各种工作场合的六维力传感器。
但是从性能上讲,这些产品很多实用性不强,有些结构刚度低,灵敏度不高,实时性差,并且受当时微机和电子技术的限制,数据处理只能采用模拟方式,计算繁琐,有些结构复杂,难以加工,处理各向信号干扰的软硬件不理想,因此已经淘汰。
在国内多份力测量技术也投入了大量的研究。如南航的用于风洞空气动力试验的六分力传感器,力值均为几十牛顿,三个力矩均为几牛﹒米,。大连理工大学研制的跳高运动员用的六分量测力传感器,用于测定跳高运动员在起跳时施加于起跳点的力和