[發明專利]用飛輪等效模擬柔性附件振動對衛星產生干擾力矩的方法

無效

• 申請號: 200910071465.5
• 申請日: 2009-03-02
• 公開（公告）號: CN101497374A
• 公開（公告）日: 2009-08-05
• 發明（設計）人: 耿云海;陳雪芹;葉東;王峰;蘭盛昌;楊正賢;董曉光;張錦繡
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B64G7/00
• 分類號: B64G7/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 楊立超

技術領域

本發明涉及一種半物理仿真驗證方法，具體涉及一種采用單軸氣浮臺上利用飛輪等效模擬柔性附件振動對衛星本體產生干擾力矩的方法。

背景技術

衛星控制系統半物理仿真是研制衛星過程中特有的一種仿真方法，它利用單軸氣浮臺作為運動模擬器，也稱氣浮臺仿真。衛星控制系統半物理仿真采用單軸氣浮臺模擬衛星本體作為控制對象，控制系統采用衛星控制系統實物進行仿真。空間飛行器進行半物理仿真時，就要在地面上模擬失重或無阻力等重要的空間環境。

單軸氣浮臺是通過壓縮空氣在氣浮軸承與軸承座之間形成氣膜使臺體浮于空中，從而實現近似無摩擦的相對運動條件，以模擬衛星在外層空間所受干擾力矩很小的力學環境。在地面上可以利用單軸氣浮臺模擬剛體衛星的姿態運動。

航天器在軌運行時，特別是在衛星姿態發生機動的時候，柔性附件對衛星本體的干擾特別大，為驗證衛星姿態控制系統的正確性及有效性，有必要對柔性附件衛星的姿態控制技術進行半物理仿真。

現有的一般柔性衛星姿態半物理仿真時，使用的都是在單軸臺上安裝可伸展柔性板的形式進行仿真。安裝柔性板的方法會帶來很多問題：1)安裝的柔性板不可能和真實的衛星的太陽帆板尺寸一樣，因為單軸臺的轉動慣量和真實衛星的轉動慣量也不一樣，那么怎樣等效就成了一個很大的難題。2)在地面仿真的時候，柔性板有很大的迎風面積，風阻比較大，這與衛星在空間中所處環境有很大的不同。

發明內容

本發明為解決現有的柔性衛星姿態半物理仿真方法存在的難以與真實的衛星參數等效、與宇宙空間的環境差別較大的問題，提出一種用飛輪等效模擬柔性附件振動對衛星產生干擾力矩的方法。本發明包括以下步驟：

步驟一：測量單軸氣浮臺的轉動慣量；

步驟二：根據建立的動力學模型，得到柔性附件振動對衛星轉動的柔性耦合系數矩陣；

步驟三：根據單軸氣浮臺上的測角系統，得到單軸氣浮臺的角速度及角加速度；

步驟四：根據柔性附件的動力學模型計算柔性，得到柔性附件模態坐標的位移、速度和加速度；

步驟五：根據步驟四得到的柔性附件模態坐標的位移、速度和加速度，得到加載在單軸氣浮臺上的柔性干擾等效力矩；

步驟六：根據步驟五得到的的柔性干擾等效力矩，控制單軸氣浮臺上用于模擬柔性干擾力矩的第一飛輪，將產生對應的力矩作用到單軸氣浮臺上；

步驟七：根據步驟六得到的作用在單軸氣浮臺上的控制力矩，得到施加在單軸臺上的控制力矩，控制用于產生控制力矩作用的第二飛輪，將產生對應的力矩作用到單軸氣浮臺上。

本發明的有益效果是：本發明針對單軸氣浮臺這一仿真環境，首先通過數值計算得到柔性干擾等效力矩的數值大小，然后利用安裝在氣浮臺上的飛輪產生對應大小的力矩，即可實現對柔性附件振動對衛星產生干擾力矩的等效模擬。本發明原理簡單，計算量小，成本低，容易實現，并能夠準確有效地模擬衛星在真實空間環境中運行時，柔性附件振動對衛星產生干擾力矩時，衛星的真實特性參數。本發明可以避免常規依靠安裝柔性板模擬柔性附件干擾力矩時，需要進行復雜的機械設計帶來的不便，以及其它利用安裝柔性附件裝置模擬柔性附件干擾力矩時，風阻在仿真過程中對柔性附件裝置的影響。

附圖說明

圖1是發明具體實施方式二的飛輪分布設置示意圖，其中1代表單軸氣浮臺的轉臺，2代表飛輪(有三個飛輪，其中兩個用于干擾模擬，另一個產生控制力矩)。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式由以下步驟組成：

步驟一：測量單軸氣浮臺的轉動慣量；

步驟二：根據建立的動力學模型，得到柔性附件振動對衛星轉動的柔性耦合系數矩陣；

步驟三：根據單軸氣浮臺上的測角系統，得到轉臺的角速度及角加速度；

步驟四：根據柔性附件的動力學模型計算柔性，得到附件模態坐標的位移、速度和加速度；

步驟五：根據步驟四得到的附件模態坐標的位移、速度和加速度，得到加載在單軸氣浮臺上的柔性干擾等效力矩；

步驟六：根據步驟五得到的的柔性干擾等效力矩，控制單軸氣浮臺上用于模擬柔性干擾力矩的飛輪，將產生對應的力矩作用到轉臺上，從而實現對柔性附件振動的模擬；

步驟七：根據步驟六得到的作用在轉臺上的控制力矩，得到施加在單軸臺上的控制力矩，控制用于產生控制力矩作用的飛輪，將產生對應的力矩作用到轉臺上，從而實現對轉臺的控制。