[發明專利]三軸衛星模擬器的雙電機自動配平方法

有效

• 申請號: 201610131236.8
• 申請日: 2016-03-08
• 公開（公告）號: CN105589468B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 華冰;陳林;吳云華;關欣
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 熊玉瑋

本發明公開了三軸衛星模擬器的雙電機自動配平方法，屬于衛星姿態控制的技術領域。本發明在進行人工配平并噴氣控制姿態穩定之后采用步進電機和超聲電機進行自動配平：首先通過建立氣浮臺運動學模型估計干擾力矩；接著配平氣浮臺動力學方程以確定執行機構中質量塊需要移動的距離，然后由包含步進電機質量塊的模擬器質心在氣浮臺臺面坐標系中的矢量計算氣浮臺的擺動周期，由擺動周期估計干擾力矩并確定偏心距；最后由偏心距精度與0.01mm的比較結果驅動步進電機或超聲電機。本發明利用超聲電機對三軸衛星模擬器進行精配平以彌補粗配平精度不足的缺陷，提高了模擬器配平精度，為后續模擬器實驗提供很好的保障。

技術領域

本發明公開了三軸衛星模擬器的雙電機自動配平方法，屬于衛星姿態控制的技術領域。

背景技術

隨著微小衛星的不斷發展，對衛星模擬器的精度要求也不斷嚴格，如何在地面重力干擾力矩的影響下，為衛星模擬器提供一個微重力微摩擦的環境已經成為研究者研究的重點。衛星模擬器在沒有配平的情況下存在著很大的重力干擾力矩，如果直接將模擬器在實驗使用，可能會造成實驗數據的不可靠或無效，這樣既損耗了人力和物力，又不能達到我們所需要的要求。在衛星模擬器配平的過程中，由于手動配平的精度不是很高，它很難將重心與旋轉中心連線的矢量長度調節到0.5mm以內，所以我們就需要自動配平來提高我們的精度。因為步進電機誤差恒定且誤差不會隨著時間的積累而積累，所以步進電機作為模擬器自動平衡系統的執行機構具有很大優勢。然而經實驗發現：步進電機配重塊質量越小對步進精度要求越嚴格，步進電機的步進角增大的過程中越發不能滿足配平精度，絲桿螺距越大時無法滿足調平所需要的最小精度。

超聲電機具有結構簡單、小型輕便、響應速度快、噪聲低、低速大轉矩、運動準確、精度高等優點。目前還未有利用超聲電機配平三軸衛星模擬器的方案。本文旨在將超聲電機運用于三軸衛星模擬器精配平中以彌補步進電機配平精度不佳的缺陷。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述背景技術的不足，提供了三軸衛星模擬器的雙電機自動配平方法，利用超聲電機的精度補償步進電機無法達到的精度，提高了模擬器配平精度，解決了步進電機配平精度不佳的技術問題。

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

三軸衛星模擬器的雙電機自動配平方法，在進行人工配平并噴氣控制姿態穩定之后采用步進電機和超聲電機進行自動配平，自動配平具體包括如下步驟：

A、在三軸衛星模擬器本體坐標系的三個相互垂直的方向上分別安裝三個步進電機和三個超聲電機；

B、測量氣浮臺角速度和角加速度，通過建立氣浮臺運動學模型估計干擾力矩；

C、配平氣浮臺動力學方程以確定執行機構中質量塊需要移動的距離：

配平以步進電機為執行機構時的氣浮臺動力學方程，計算包含步進電機質量塊的模擬器質心偏移量，由包含步進電機質量塊的模擬器質心偏移量確定步進電機質量塊需要移動的距離，

配平以超聲電機為執行機構時的氣浮臺動力學方程，計算包含超聲電機質量塊的模擬器質心偏移量，由包含超聲電機質量塊的模擬器質心偏移量確定超聲電機質量塊需要移動的距離；

D、由包含步進電機質量塊的模擬器質心在氣浮臺臺面坐標系中的矢量計算氣浮臺的擺動周期；

E、由擺動周期估計干擾力矩并確定偏心距；

F、由偏心距精度與0.01mm的比較結果驅動步進電機或超聲電機：

在偏心距精度大于或者等于0.01mm時驅動步進電機進行粗配平，當粗配平后得到的偏心距精度仍不滿足配平精度要求時返回步驟D；

在偏心距精度小于0.01mm時驅動超聲電機進行精配平，當精配平后得到的偏心距精度仍不滿足配平精度要求時返回步驟D。