[發(fā)明專利]一種電推進(jìn)多模式自主控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110327474.7
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113107798B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高俊;鄒達(dá)人;何剛;李永;宋飛;劉國西;李宗良;韓亮;叢云天;郭盼
• 申請（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

本發(fā)明涉及一種電推進(jìn)多模式自主控制系統(tǒng)及方法，屬于空間電推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)點(diǎn)火流率、陽極功率、屏柵功率實(shí)現(xiàn)了推力的大范圍靈活調(diào)節(jié)，解決了電推進(jìn)系統(tǒng)推力大小不能靈活調(diào)節(jié)的問題，提升了電推進(jìn)系統(tǒng)對于航天器任務(wù)的適應(yīng)性；通過調(diào)節(jié)矢量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的正交雙軸的角度實(shí)現(xiàn)了推力方向的大范圍靈活調(diào)節(jié)，解決了電推進(jìn)系統(tǒng)推力方向不能靈活調(diào)節(jié)的問題，具有控制策略簡單、可靠穩(wěn)定的特點(diǎn)；在電推進(jìn)系統(tǒng)工作過程中，通過調(diào)節(jié)陽極電流完成對屏柵電流的閉環(huán)控制，間接實(shí)現(xiàn)了推力的在軌實(shí)時(shí)補(bǔ)償，解決了電推進(jìn)系統(tǒng)長期在軌工作推力隨時(shí)間變化的問題，并保證了推力高精高穩(wěn)輸出，精度優(yōu)于1％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電推進(jìn)多模式自主控制系統(tǒng)及方法，屬于空間電推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

電推進(jìn)技術(shù)是一種高效的航天器推進(jìn)技術(shù)，相比傳統(tǒng)的化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)具有高比沖的優(yōu)勢。電推進(jìn)應(yīng)用初期主要為單一工作模式，工作在一個(gè)特定的功率點(diǎn)，輸出推力、比沖保持不變，主要執(zhí)行GEO衛(wèi)星的位置保持任務(wù)；隨著電推進(jìn)技術(shù)發(fā)展，電推進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用逐漸拓展到多工作模式，可在不同功率點(diǎn)下工作，輸出推力和比沖也隨著變化，以滿足不同的航天器任務(wù)需求，適應(yīng)性更強(qiáng)，使用也更加靈活方便。

高軌大型GEO衛(wèi)星、全電推進(jìn)衛(wèi)星以及深空探測任務(wù)均對多模式電推進(jìn)系統(tǒng)提出了迫切需求，要求電推進(jìn)系統(tǒng)具有多模式工作的能力，同時(shí)可以靈活調(diào)節(jié)、可靠工作。

目前我國電推進(jìn)系統(tǒng)主要采用單一工作模式，其工作過程不涉及到多種模式的切換，控制方法比較簡單，不需要對輸出流率進(jìn)行調(diào)節(jié)、也不需要對輸出功率參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，所有參數(shù)均固定在一個(gè)工作點(diǎn)，該方法無法滿足多模式工作的任務(wù)需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種電推進(jìn)多模式自主控制系統(tǒng)及方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)電推進(jìn)系統(tǒng)的不同模式之間的自主靈活調(diào)節(jié)，并且與控制分系統(tǒng)接口簡單，方便使用。

本發(fā)明解決的技術(shù)解決方案是：

一種電推進(jìn)多模式自主控制系統(tǒng)，該自主控制系統(tǒng)包括電推進(jìn)多模式控制模塊、多模式電源模塊、多模式流率控制模塊、多模式電推力器和多模式方向調(diào)節(jié)裝置；多模式電推力器安裝在多模式方向調(diào)節(jié)裝置上，多模式方向調(diào)節(jié)裝置能夠帶動(dòng)多模式電推力器轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述的電推進(jìn)多模式控制模塊包括模式解算子模塊、功率控制子模塊、流率控制子模塊和推力方向控制子模塊；

模式解算子模塊用于接收系統(tǒng)工作模式指令，并根據(jù)接收到的系統(tǒng)工作模式指令解算該工作模式下點(diǎn)火功率信號、點(diǎn)火流率信號和推力方向信號，并將解算得到的點(diǎn)火功率信號發(fā)送給功率控制子模塊，將解算得到的點(diǎn)火流率信號發(fā)送給流率控制子模塊，將解算得到的推力方向信號發(fā)送給推力方向控制子模塊；

功率控制子模塊用于接收模式解算子模塊發(fā)送的點(diǎn)火功率信號，并根據(jù)接收到的點(diǎn)火功率信號形成點(diǎn)火功率控制信號，并將點(diǎn)火功率控制信號輸出給多模式電源模塊；

多模式電源模塊用于接收功率控制子模塊輸出的點(diǎn)火功率控制信號，并根據(jù)接收到的點(diǎn)火功率控制信號進(jìn)行點(diǎn)火功率調(diào)節(jié)，將調(diào)節(jié)后的點(diǎn)火功率輸出給多模式電推力器；多模式電源模塊還根據(jù)調(diào)節(jié)后的點(diǎn)火功率將形成功率遙測信號反饋給功率控制子模塊，功率控制子模塊根據(jù)反饋的功率遙測信號完成點(diǎn)火功率的閉環(huán)控制；

流率控制子模塊用于接收模式解算子模塊發(fā)送的點(diǎn)火流率信號，并根據(jù)接收到的點(diǎn)火流率信號，形成點(diǎn)火流率控制信號，并將點(diǎn)火流率控制信號輸出給多模式流率控制模塊；

多模式流率控制模塊用于接收流率控制子模塊輸出的點(diǎn)火流率控制信號，并根據(jù)接收到的點(diǎn)火流率控制信號進(jìn)行點(diǎn)火流率調(diào)節(jié)，將調(diào)節(jié)后的點(diǎn)火流率輸出給多模式電推力器，多模式流率控制模塊將調(diào)節(jié)后的點(diǎn)火流率形成流率遙測信號反饋給流率控制子模塊，流率控制子模塊根據(jù)反饋的流率遙測信號完成點(diǎn)火流率的閉環(huán)控制；