[發明專利]太陽能電池陣動態測量系統

無效

• 申請號: 201010595892.6
• 申請日: 2010-12-18
• 公開（公告）號: CN102072796A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 許英健;康凱;張衛東;金典順;錢志源;倪波;項雷軍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01M1/10
• 分類號: G01M1/10;G01L5/00;G01R31/36
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種太陽能電池技術領域的裝置，具體是一種用于衛星平臺的太陽能電池陣動態測量系統。

背景技術

大型太陽能電池陣轉動慣量大，運行時可能會對航天器姿態產生不利影響，反過來影響星載設備的性能。因此美國國家研究理事會在《新世紀太空技術》報告中將“在失重條件下使各種柔性結構、天線和望遠鏡保持穩定”列為影響太空探索的六大關鍵技術之一。在衛星中，典型的大型太陽能電池陣是太陽能電池陣。

衛星的能源主要來自太陽能電池陣，在衛星運行過程中，太陽能電池陣將通過電機驅動機構完成對日定向。譬如采用高自定位扭矩步進電機來驅動太陽能電池陣，使太陽能電池陣電池面始終朝向太陽，以保證衛星平臺得到所需的能源。

由于太陽能電池陣展開后具有較大轉動慣量，在運行中會對衛星姿態產生明顯影響。太陽能電池陣兩翼展開可達十余米，在驅動機構作用下運行產生的干擾扭矩可能會改變衛星平臺姿態或使其產生振動，而衛星平臺姿態的變化和產生的振動不但會影響星載設備工作，而且會造成驅動結構疲勞破壞，導致系統性能下降甚至失效，直接威脅航天結構的安全。在某些衛星上采用了不對稱太陽能電池陣，在這種情形下太陽能電池陣的影響就更復雜了。

解決該問題，首先要在設計階段對衛星進行優化設計，通過對太陽能電池陣運行過程中產生的力、扭矩和動量矩等動態參數的測量，為衛星優化設計提供參數依據。之所以采用測量方法是因為理論分析無法精確計算出太陽電池陣產生的影響。

為了測量驅動機構對安裝平面產生的力和扭矩，需要測量驅動機構有效載荷量(質量、質心、轉動慣量、轉速等)以及驅動機構安裝面的動態特性(力、扭矩、動量矩)。其中有效載荷量測量系統有成熟的產品，如美國航空航天設備主要制造商Space?Electronics和孝感試驗檢測設備廠均有相關產品，許多航天單位已經配備。

動態參數測量系統要在模擬太陽電池陣旋轉和振動的情形下測量驅動機構對安裝平面產生的力和扭矩，是一種航天專用的測量系統。雖然在中巴地球資源衛星仿真中曾研制過太陽能電池陣一次扭轉頻率和等效慣量模擬器，進行過繞衛星俯仰軸的輪控試驗，但主要用于分析太陽能電池陣和驅動機構的諧振問題。

經過對現有技術的檢索發現，文章《帶大慣量負載的空間驅動機構運動特性分析》(龐微南京航空航天大學)中提到了一種應用ADAMS軟件對大慣量負載空間驅動機構進行建模和運動分析的方法，并給出了一定條件下的仿真結果。但是該現有技術只適用于理論分析，不能包括現實衛星太陽能電池陣動態影響的地面模擬中由于機械加工和安裝等造成的影響，而且僅通過理論分析，不將測量手段應用于整個衛星太陽能電池陣動態影響的地面模擬系統中進行實際的試驗不能保證結果的正確性。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種太陽能電池陣動態測量系統。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括：數據采集模塊、測量控制模塊、驅動機構控制及通訊模塊、模擬負載機械組建模塊和專用機械接口工裝，其中：數據采集模塊與測量控制模塊相連接并傳輸測量控制模塊測得的電壓數據，測量控制模塊與驅動機構控制及通訊模塊相連接并傳輸驅動命令，專用機械接口工裝與數據采集模塊和驅動機構控制及通訊模塊相連接，模擬負載機械組建模塊與驅動機構相連接實現太陽能電池陣的模擬。

所述的模擬負載機械組建模塊包括：模擬負載、支架、驅動機構支撐平臺和底座，其中：模擬負載安裝于支架上通過法蘭與驅動機構連接，支架和驅動機構支撐平臺安裝于地面純鋼制成的底座上。

所述的模擬負載為45#鋼材質的對稱圓盤，其繞中心轉動慣量為78KG＊m²，用來模擬太陽能電池陣的轉動慣量。

所述的驅動機構支撐平臺包括：鋼制支架和墊板，其中：鋼制支架固定于地面純鋼底座上，墊板固定于支架上，不同的墊板適用于不同的驅動機構使驅動機構軸心與負載軸系中心保持一致。

所述的專用機械接口工裝包括：傳感器上板和傳感器下板，其中：傳感器下板連接驅動機構墊板與傳感器，傳感器下板連接傳感器與驅動機構。上下兩板均按照不同的驅動機構設計螺孔。

所述的驅動機構控制及通訊模塊包括：驅動機構、驅動機構控制塊以及通訊接口，其中：驅動機構安裝于專用機械接口工裝的傳感器上板上，驅動機構控制塊安裝于系統底座上并通過數據電纜與驅動機構相連接，通訊接口安裝于驅動機構控制模塊上并通過RS-232傳輸數據線與工控機相連。

所述的驅動機構，負責驅動太陽能電池陣工作，驅動機構的種類繁多，驅動機構由驅動機構控制塊控制。