[發明專利]一種大型旋轉載荷動平衡控制方法

有效

• 申請號: 201110425584.3
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102680172A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 朱海江;薛孝補;翁藝航;王華
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: G01M1/38
• 分類號: G01M1/38
• 代理公司: 中國和平利用軍工技術協會專利中心 11215
• 代理人: 容敦璋

技術領域

本發明涉及力學領域，更具體地說，涉及一種大型旋轉載荷動平衡控制方法。

背景技術

對地觀測在國民經濟建設和國防建設中發揮著越來越重要的作用，作為航天高科技皇冠上的明珠，有效載荷的功能、性能決定了應用的廣度和深度。目前世界各大國都在抓緊進行光學、紅外、無線電、微波等有效載荷的研究，應用范圍涉及測繪、資源勘查、偵察、氣象、通信、導彈預警等領域。有效載荷往往涉及機、電、光、熱多個學科，需要多學科協同工作才能完成預定的任務和功能。

某些有效載荷為了成像和保證一定的幅寬必須做掃描操作，因此載荷中不可避免地包含有轉動部件，而轉動部件的動不平衡現象會對其所在的平臺產生擾動，影響衛星的姿控和有效載荷成像，甚至危害整個衛星的安全。因此需要對轉動部件進行動平衡控制。

目前，轉動部件動平衡控制主要集中在陀螺、飛輪等小型高速轉動部件和自旋航天器等超大型自由轉動部件上，對大型低速旋轉載荷的動平衡控制的研究很少。隨著應用范圍的不斷擴大和深入，對旋轉載荷動平衡控制理論和方法的研究越來越迫切。

轉動部件動平衡一般采用專用平衡機來實現，如陀螺轉子平衡使用陀螺轉子平衡機，自旋航天器配平使用宇航平衡機。普通平衡機一般由機械振動系統、驅動系統和電氣測量系統三大部件組成，而陀螺轉子平衡機由于陀螺自驅動特性，因而只有機械振動系統和電氣測量系統。自旋航天器配平用的宇航平衡機由于航天器自身不能轉動，因而必須含有驅動系統。但有這樣一類旋轉載荷：它的結構較為復雜，包括有轉動體、承力外筒，所述轉動體被安裝在承力外筒里，如果僅對轉動體進行配平，可能由于安裝問題，旋轉載荷整機工作時仍存在不平衡量，而殘余不平衡量會對衛星姿控產生影響。現有技術中，在對旋轉載荷進行動平衡控制時，僅對旋轉載荷轉動體進行配平，無法減少轉動體安裝在承力外筒所帶來的不平衡量，不能滿足旋轉載荷動平衡控制的要求。

發明內容

為了克服現有技術中大型旋轉載荷動不平衡對姿態擾動的問題，本發明提出一種能夠減小旋轉載荷動不平衡量對平臺擾動影響的大型旋轉載荷動平衡控制的方法。

為了達到上述發明目的，本發明提供了一種大型旋轉載荷動平衡控制方法，包括：

步驟1)、創建多體撓性姿態動力學與控制模型，利用該模型驗證旋轉載荷殘余動不平衡量指標，然后根據所述旋轉載荷的特點和所述殘余動不平衡量指標，選擇合適的動平衡機；

步驟2)、對所述旋轉載荷中的轉動體做平衡試驗；

步驟3)、將所述轉動體安裝到所述旋轉載荷中后，對整個旋轉載荷做動平衡試驗，根據試驗結果做配平操作，直到殘余動不平衡量滿足指標要求，最后輸出旋轉載荷最終的殘余動不平衡量；

步驟4)、對旋轉載荷的殘余動不平衡量進行校驗。

上述技術方案中，所述步驟2)包括：

步驟2-1)、對所述轉動體的撓性部分做靜平衡試驗，根據靜平衡試驗的結果對所述轉動體撓性部分做配平，輸出所得到的靜平衡配平參數；

步驟2-2)、將轉動體撓性部分的質心盡量配平到轉軸位置，然后將配平好的轉動體撓性部分與轉動體其余部分總成進行動平衡試驗，并根據所述動平衡試驗結果做動平衡配平，輸出所得到的動平衡配平參數；

步驟2-3)、將轉動體總成旋轉軸配平成慣性主軸，旋轉體總成質心配平到轉軸位置。

上述技術方案中，在所述步驟4)中，所述校驗包括數學仿真校驗，在所述數學仿真校驗的過程中，將步驟3)所得到的旋轉載荷的殘余動不平衡量輸入到步驟1)所建立的多體撓性姿態動力學與控制模型中，檢驗所述殘余動不平衡量對姿態的影響。考察檢驗結果是否能夠滿足已知的姿態控制系統的指標要求。

上述技術方案中，在所述步驟4)中，所述校驗還包括全物理仿真校驗，在所述全物理仿真校驗的過程中，將步驟3)中配平好的旋轉載荷整機放置在三軸氣浮臺上進行全物理仿真試驗，檢測輸出旋轉載荷轉動產生的干擾力矩，并分析其對姿態的影響，若不滿足已知的姿態控制系統的指標要求，則需重新進行步驟2)和步驟3)的操作。

上述技術方案中，在所述的步驟1)中，所述的多體撓性姿態動力學與控制模型如下面的公式(1)所示：