基于频域的挠性摆式加速度计表头参数辨识方法

　　挠性摆式加速度计(以下简称加速度计)是一种典型的力平衡式加速度传感器，目前用于某型号的运载火箭平台系统中，为其提供惯性坐标系三个正交方向的视加速度。加速度计系统主要由表头和伺服回路组成，其原理框图如图 1 所示[1]。其中表头包括力矩器、粘有线圈的三角摆片和检测摆片位置的动圈式传感器，当摆组件偏离平衡位置的转角很小时，摆的运动方程为：

　　图 1 中，J 为摆绕输出轴的转动惯量(2N m s /rad) ，C 为 阻 尼 系 数( N m s / rad)，hK为摆组件沿输入轴方 向 的 刚 度( N m rad)，tgK 为力矩器的力矩系数( N m A)，sgK 为传感器的传感系数( V rad )，fK 为解调器的解调系数，jK 为控制器的增益系数，( )jK W s 为校正网络， ml 为摆性( kg m)，tR 为力矩器绕组( );cR 为采样电组( )。

　　在加速度计设计初期，虽然已经计算了表头参数 J 、C 、hK ，然而由于表头内部结构复杂，计算值和实际工作状态的参数有一定的差距，这样按照已有的参数设计的回路很难满足设计的动态参数指标，因而有必要通过实验手段来反推加速度计的实际表头参数。

　　为了获得表头的频率特性，目前的做法是在超低频标准振动台上进行加速度计的频响试验，得出关于加速度计的频率特性[1，2]。由于加速度计在超低频标准振动台上低频和高频段的动态误差较大，采用上述方法获得的结果并不十分理想，需要研究一种替代方法。为此，本文提出在系统开路和闭合两种状态下的电激励在线动态测试方法，得到了加速度计的表头固有部分的频率特性，利用广义 Levy 法以及山下法辨识出加速度计的动态模型，从而反推出表头的三个主要参数，进而为加速度计的动态参数综合设计和推广应用提供了依据。

　　1 电激励法测试表头固有频率特性方法

　　1.1 系统开路状态下的测试方法

　　在系统开路状态下测试表头固有部分的频率特性原理图如图 2 所示，实验过程中加速度计表头处于门态位置，系统处于开路状态，缓慢调节分度头，使得解调器输出的直流电压值最小，此时的位置可以近似为门态零位状态。当挠性摆处于门态零位时，作用于挠性摆的力矩只有力矩器产生的电力矩，而没有惯性力产生的惯性力矩，这样挠性摆摆动的频率就等于所加正弦波扰动信号的频率。为了防止加于力矩器绕组上的电流太大，从而使挠性摆偏转角过大而碰挡钉，在力矩器绕组上串联了 10 k 的限流电阻，而且在实验过程中始终监测相敏解调器的输出波形，不能出现饱和现象。

　　实验时采用 1250 频响分析仪来测试表头的开环频率特性，generator 为扰动输入，以正弦波的形式从低频开始测试，按一定的频率间隔递增。测试频率间隔选取的原则是，在低频段和转折频率处间隔要小，即选取的频率点要多，在高频段相反。所加电压信号在低频段要小，随着频率的增加可以适当的增大电压值以提高信噪比。具体的数值为，在小于 10 Hz的低频段所加电压约为 30 mV，随着频率的增加，电压值可以逐渐加大，但不能超过 100 mV。通道 1(以下简称 CH1)和通道 2(以下简称 CH2)分别加于激励信号输入端和解调器或低通滤波器输出端，于是可得：