[發明專利]一種分離式電磁力耦合衛星載荷指向操控方法

有效

• 申請號: 201710118415.2
• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN106915476B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 劉磊;熊敏;唐碩
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24;B64G1/36;G05D1/08
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理事務所(普通合伙) 11368
• 代理人: 魏秀枝

本發明涉及一種分離式電磁力耦合衛星載荷指向操控方法，衛星載荷和衛星本體不直接接觸，隔離本體微振動，保證載荷的超靜超穩；采用電磁音圈作動器進行姿態指向控制，無需消耗工質，可長期使用，寬帶大，響應快速，通過調節電流大小可操控衛星載荷的姿態角，使姿態角達到期望值。實現了超靜要求，提高了指向的穩定度。

技術領域

本發明涉及衛星載荷指向與控制領域，具體涉及到一種分離式電磁力耦合衛星載荷的超靜指向操控問題，本發明提出了一種對載荷進行超靜指向操控設計與控制的方法。

背景技術

衛星載荷指向技術是衛星的一個重要組成部分，在某些任務中起決定性作用。對于衛星載荷的超靜指向要求，需要伺服機構提供小幅度高精度的控制力矩。傳統的U型電機伺服指向控制，由于伺服電機摩擦力的存在，使得載荷的指向精度有限，同時伺服電機是一種擾動源，將微振動傳遞給衛星載荷，無法實現超靜要求，而且影響指向的穩定度。傳統的噴氣機構可以提供大幅度脈沖力矩對載荷進行姿態控制，但是容易引起微振動，很難進行高精度指向，并且噴氣執行機構要消耗工質，不適合長期工作。為了同時滿足衛星載荷指向的高精度、高穩定度及超靜要求，本發明提出了一種對載荷進行超靜指向操控設計與控制的方法。

各種傳統技術由于直接接觸衛星載荷，容易引起載荷的微振動，極大地限制了衛星載荷指向的穩定度和精度。因此，在指向操控上，本發明采用了一種分離式電磁耦合的方法，衛星載荷和衛星本體不直接接觸，隔離本體微振動，保證載荷的超靜超穩；采用電磁音圈作動器進行姿態指向控制，無需消耗工質，可長期使用，寬帶大，響應快速，可實現高精度和高穩定度。

發明內容

為了實現衛星載荷的超靜指向操控，本發明利用若干分離式電磁音圈作動器對載荷進行三自由度的姿態精準操控，提高了衛星載荷的指向精度和穩定度，實現了超靜要求。

為實現上述目的，本發明公開了如下技術方案：

一種分離式電磁力耦合衛星載荷指向操控方法，包括如下步驟：

S1將衛星-載荷連接體與衛星本體固連，若干分離式電磁音圈作動器磁鐵部分固定在衛星載荷上，線圈部分與衛星-載荷連接體固定連接；在衛星載荷上安裝用于測量載荷的實際姿態角的星敏感器；在衛星載荷上部安裝鏡筒，鏡筒是空間光學系統中的常用部件，起著遮光、固定和支撐相機鏡頭的作用；

S2對衛星本體和衛星載荷分別進行動力學建模，得到衛星載荷的姿態角和衛星本體對衛星載荷的控制力矩的關系；

S3線圈通電，通過控制電流的大小，分離式電磁音圈作動器產生輸出力，合成控制力矩，用于控制姿態角運動；

S4根據該分離式電磁音圈作動器的工作原理及其動力學模型設計控制方法，得到系統的控制算法框圖，實現對衛星載荷的超靜指向操控；

S5利用星敏感器測量姿態角，與期望的姿態角參考值比較，并將參考角位置與實際角位置的差值作為控制輸入，進行補償，當實際姿態角達到期望姿態角時，控制完成。

進一步的，所述步驟S1中，共采用八個分離式電磁音圈作動器，其中四個電磁音圈作動器沿衛星載荷軸線在載荷底部四個角處對稱分布，另外四個作動器在衛星載荷側面的中間位置處，沿載荷軸線以90°夾角安裝。

進一步的，所述衛星-載荷連接體為U型結構，衛星載荷和電磁音圈作動器置于連接體之上。

進一步的，所述分離式電磁音圈作動器磁鐵部分用螺栓安裝在衛星載荷上，線圈部分與衛星-載荷連接體用螺栓連接；衛星載荷上的鏡筒采用螺栓連接。

進一步的，所述步驟S2中，對衛星本體和衛星載荷分別進行動力學建模前，首先建立衛星載荷的參考坐標系用于對光軸的指向進行操控，八個作動器分為兩組，底部安裝的四個作動器控制載荷繞x軸和y軸的轉動，側面安裝的四個作動器控制載荷繞z軸的轉動。