[發明專利]雙超衛星八桿六自由度衛星平臺解耦控制方法

有效

• 申請號: 201510466133.2
• 申請日: 2015-07-31
• 公開（公告）號: CN105059568B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 張偉;袁淵;廖鶴;徐毅;孫克新;鄧成晨;趙艷彬;孔祥龍;路同山
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中,劉翠

技術領域

本發明涉及衛星平臺微小運動控制技術領域，具體地，涉及一種雙超衛星八桿六自由度衛星平臺及其解耦控制方法

背景技術

按照傳統載荷與衛星平臺固連的設計方法，載荷指向與穩定度依靠衛星平臺控制系統實現，但由于衛星平臺高頻微振動不可避免，且控制系統產品帶寬、精度等能力有限，使得微振動“難測、難控”的技術瓶頸很難突破。針對這個問題設計的雙超衛星(“超精超穩”衛星)通過非接觸磁浮機構實現兩艙的動靜隔離，物理上直接消除平臺艙高頻微振動對載荷艙的不利影響。

載荷艙的高精度主動控制與兩艙的相對位置控制均是通過磁浮機構實現的，如果姿控力和相對位置控制力相互影響即耦合，就無法實現載荷艙的超精超穩控制。因此必須做到使載荷艙的主動控制力矩與兩艙的相對位置控制力完全解耦。傳統方法一般采用六桿模型，以正三角形的形式均勻布局，同一位置的兩個磁浮機構成90°夾角斜裝，該模型測量、控制解耦和機構安裝都很復雜，無冗余，且可靠性差。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明提出了一種對稱安裝布局的雙超衛星八桿六自由度衛星平臺及其解耦控制方法，該衛星平臺及控制方法通過合理配置磁浮機構數量和布局，以及實時動態分配力的輸出有無、大小和方向來實現六自由度解耦控制，該方法可完全通過算法實現。

為實現上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的。

根據本發明的一個方面，提供了一種雙超衛星八桿六自由度衛星平臺，包括載荷艙、平臺艙和懸浮裝置，所述懸浮裝置設置于載荷艙與平臺艙之間，所述載荷艙與平臺艙通過懸浮裝置非接觸設置。

優選地，所述懸浮裝置包括多個磁浮機構，其中每一個磁浮機構均包括：線圈31、 磁鋼32、磁軛33以及支架34，其中，所述線圈31通過支架34連接到平臺艙，所述磁鋼32與載荷艙固連，所述支架34與磁軛33之間無物理連接，從而實現了載荷艙與平臺艙之間的非接觸設置。通過非接觸設置，平臺艙2的振動和干擾不會傳輸至載荷艙1，達到有效載荷14動中取靜，載荷艙與平臺艙動靜隔離的效果。

優選地，所述線圈31到磁鋼32徑向的距離處處相等，形成線圈31的平衡位置。

優選地，所述磁浮機構還包括相對位置傳感器35，所述相對位置傳感器與磁浮機構一體化設計，相對位置傳感器(電渦流傳感器)分別測量磁浮機構的位移。

優選地，所述相對位置傳感器和磁浮機構均為8個。

優選地，所述磁浮機構為八個，分別為磁浮機構A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4，八個磁浮機構A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4對稱布局在平臺艙上，其中，磁浮機構A1、A2、A3、A4位于平臺艙的四個邊角位置，且方向沿Z軸方向；磁浮機構B1、B2、B3、B4位于衛星平臺的四邊中點位置，其中，磁浮機構B1、B3方向沿Y軸方向，磁浮機構B2、B4方向沿X軸方向。

根據本發明的另一個方面，提供了一種上述雙超衛星八桿六自由度衛星平臺的解耦控制方法，包括如下步驟：

(a)建立載荷艙姿態動力學方程：

其中，F_i為磁浮機構產生的姿控力，T_d1為外界長周期干擾，能夠通過磁浮機構的作用消除；I_p為載荷艙的慣量矩陣，為載荷艙角加速度，ω_p為載荷艙角速度，l_i為每個磁浮機構的力臂；

(b)建立平臺艙姿態動力學方程為：

式中，I_s為平臺艙慣量矩陣，ω為平臺艙角速度，C_af1為+Y方向太陽帆板振動對衛星中心體轉動的耦合系數陣，C_af2為-Y方向太陽帆板振動對衛星中心體轉動的耦合系數陣，q_f1為+Y方向太陽帆板模態坐標，q_f2為-Y方向太陽帆板模態坐標，T_c為飛輪控制力矩，T_d2為帆板轉動干擾力矩，Λ_f為太陽帆板模態頻率對角陣，ζ_f為太陽帆板模態 阻尼系數；為平臺艙角加速度，為+Y方向太陽帆板模態坐標的二階導數，為-Y方向太陽帆板模態坐標的二階導數，為+Y方向太陽帆板模態坐標的一階導數，為-Y方向太陽帆板模態坐標的一階導數，l′為每個磁浮機構的力臂，為+Y方向太陽帆板振動對衛星中心體轉動的耦合系數陣的轉置，為-Y方向太陽帆板振動對衛星中心體轉動的耦合系數陣的轉置；

(c)建立載荷艙位置控制方程：