[發明專利]臂式空間天文望遠鏡的慣性指向控制方法及控制系統

有效

• 申請號: 201410641627.5
• 申請日: 2014-11-12
• 公開（公告）號: CN104483899A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 曹小濤;王棟;劉南南;楊維帆
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 王丹陽

1.臂式空間天文望遠鏡的慣性指向控制方法，其特征在于，該方法是將臂式空間天文望遠鏡的慣性指向控制系統安裝在臂式空間天文望遠鏡和空間飛行器(1)上，對臂式空間天文望遠鏡的慣性指向進行自動控制，該方法的條件和步驟如下：

a、依據事先經過分析或試驗得到的臂式空間天文望遠鏡的包含非線性因素的動力學模型，采用反饋線性化方法，得到分別對應于每個旋轉關節(4)的單輸入單輸出線性化模型和非線性補償力矩；

b、依據每個旋轉關節(4)的單輸入單輸出線性化模型設計完成每個旋轉關節(4)的電流環控制算法、速度環控制算法和位置環控制算法，將這三個控制算法和步驟a中得到的每個旋轉關節(4)的非線性補償力矩存儲于控制器(3)中；

c、控制器(3)接收來自于空間飛行器(1)的期望慣性姿態指令信號，包括俯仰、橫滾和偏航三個旋轉自由度的期望角度值，望遠鏡慣性位置傳感器(10)實時測量空間天文望遠鏡(2)光軸的實際慣性姿態信號，采用卡爾曼濾波算法(11)對空間天文望遠鏡(2)光軸的實際慣性姿態信號進行計算得到更加精確的慣性姿態信號，包括俯仰、橫滾和偏航三個旋轉自由度的角度值；

d、在控制器(3)中將期望慣性姿態指令信號與精確的慣性姿態信號相減，即將俯仰、橫滾和偏航三個旋轉自由度的期望角度值分別減去各自對應自由度的角度值，得到空間天文望遠鏡(2)光軸的慣性姿態誤差；

e、每個關節位置傳感器(6)實時測量得到對應的關節電機(5)的旋轉角度信號，通過控制器(3)中的逆運動學計算模塊(12)以空間天文望遠鏡(2)光軸的慣性姿態誤差、關節電機(5)的旋轉角度信號作為輸入信號，經過旋轉矩陣計算得到對應的旋轉關節(4)的關節角誤差值；

f、在控制器(3)中將旋轉關節(4)的關節角誤差值作為該旋轉關節(4)的位置環控制算法(13)的控制輸入，經過計算得到每個旋轉關節(4)速度環的控制輸入；

g、每個關節慣性速度傳感器(9)實時測量得到對應的旋轉關節(4)相對于慣性系的角速度信號，在控制器(3)中將旋轉關節(4)速度環的控制輸入減去對應于該旋轉關節(4)相對于慣性系的角速度信號，得到每個旋轉關節(4)的慣性角速度誤差值；

h、在控制器(3)中將旋轉關節(4)的慣性角速度誤差值作為該旋轉關節(4)的速度環控制算法(14)的控制輸入，經過計算得到每個旋轉關節(4)電流環的第一個控制輸入；

i、將步驟a中得到的旋轉關節(4)的非線性補償力矩作為該旋轉關節(4)電流環的第二個控制輸入；

j、在控制器(3)中將旋轉關節(4)電流環的第一個控制輸入和第二控制輸入相加得到該旋轉關節(4)的電流環的總控制輸入；

k、電機電流傳感器(8)實時測量得到每個關節電機(5)的電流信號，每個旋轉關節(4)的電流環的總控制輸入減去對應于該旋轉關節(4)的關節電機(5)的電流信號，得到每個旋轉關節(4)的電流誤差；

l、在控制器(3)中將旋轉關節(4)的電流誤差作為該旋轉關節(4)的電流環控制算法(15)的控制輸入，經過計算得到關節電機(5)的輸入電壓值；

m、將關節電機(5)的輸入電壓施加于電機驅動電路(7)，電機驅動電路(7)產生驅動電壓信號控制關節電機(5)旋轉，同時通過關節電機(5)控制旋轉關節(4)旋轉，從而帶動空間天文望遠鏡(2)運動至期望慣性姿態。