[發(fā)明專利]衛(wèi)星模擬在軌工況閉環(huán)測試系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2018-10-10
• 公開（公告）號: CN113495497A
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發(fā)明（設計）人: 林寶軍;熊淑杰;白濤
• 申請（專利權）人: 上海微小衛(wèi)星工程中心
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 李鏑的

本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星閉環(huán)測試系統(tǒng)，系統(tǒng)用于對現有測試系統(tǒng)進行改造；系統(tǒng)適用于衛(wèi)星集成后的全部大型試驗或測試，以進行全任務階段、真實工作狀態(tài)下的系統(tǒng)功能、性能的全面考核；采用小型動態(tài)模擬器作為敏感器的激勵源，在衛(wèi)星集成狀態(tài)下直接布置在衛(wèi)星敏感器表面，降低現有測試系統(tǒng)的改造成本；利用衛(wèi)星遙測參數作為輸入進行執(zhí)行器精確建模，以使執(zhí)行器進入測試閉環(huán)；所述衛(wèi)星遙測參數包括執(zhí)行器控制指令以及反作用輪轉速；反作用輪以轉速建模的方式取代指令建模，以使單機以真實工作狀態(tài)進行閉環(huán)測試。

技術領域

本發(fā)明總體而言涉及航天控制系統(tǒng)仿真及測試技術領域，具體而言涉及一種衛(wèi)星模擬在軌工況閉環(huán)測試系統(tǒng)。

背景技術

為保證安全性和可靠性，衛(wèi)星在集成后需要進行多項大型試驗，包括熱真空、力學、EMC以及老練試驗等。在試驗時，盡可能利用地面的試驗設備來模擬衛(wèi)星飛行時的真實環(huán)境。在試驗前后或在試驗過程中，通過加電測試的方式來檢查衛(wèi)星的功能和性能。在進行加電測試、尤其是熱、老練這種長時間加電測試時，期望以衛(wèi)星真實的在軌運行狀態(tài)對其壽命周期內各階段對應的全部功能、性能進行測試，這樣可以更充分和全面的檢查衛(wèi)星狀態(tài)，更容易暴露設計缺陷以便在地面時就及時加以解決。

對于控制系統(tǒng)而言，在軌運行為閉環(huán)控制方式，而地面衛(wèi)星集成后的試驗通常是開環(huán)方式，因為現有測試系統(tǒng)會難以避免地引入外部激勵。盡管通過設置單機的工作狀態(tài)來盡可能模擬在軌工況，但是單機開環(huán)方式無法完全模擬閉環(huán)狀態(tài)，同時系統(tǒng)軟件也無法得到充分驗證，這會導致部分設計缺陷無法在地面測試時及時發(fā)現，從而對后續(xù)在軌運行造成一定風險。

發(fā)明內容

本發(fā)明的任務是提供一種衛(wèi)星模擬在軌工況閉環(huán)測試系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，可以精確地模擬衛(wèi)星的敏感器和執(zhí)行器，從而保證了測試的閉環(huán)性；此外該系統(tǒng)簡單且低成本，無需對現有測試系統(tǒng)進行較大改造，因此也適于用于現有測試系統(tǒng)。

在本發(fā)明的第一方面，該任務通過一種衛(wèi)星模擬在軌工況閉環(huán)測試系統(tǒng)來解決，該系統(tǒng)包括：

系統(tǒng)用于對現有測試系統(tǒng)進行改造；

系統(tǒng)適用于衛(wèi)星集成后的全部大型試驗或測試，以進行全任務階段、真實工作狀態(tài)下的系統(tǒng)功能、性能的全面考核；

采用小型動態(tài)模擬器作為敏感器的激勵源，在衛(wèi)星集成狀態(tài)下直接布置在衛(wèi)星敏感器表面，降低現有測試系統(tǒng)的改造成本；

利用衛(wèi)星遙測參數作為輸入進行執(zhí)行器精確建模，以使執(zhí)行器進入測試閉環(huán)；

所述衛(wèi)星遙測參數包括執(zhí)行器控制指令以及反作用輪轉速；

反作用輪以轉速建模的方式取代指令建模，以使單機以真實工作狀態(tài)進行閉環(huán)測試。

在本發(fā)明的另一優(yōu)選方案中規(guī)定，所述衛(wèi)星模擬在軌工況閉環(huán)測試系統(tǒng)包括：

動態(tài)模擬器，其被配置為從姿態(tài)和軌道動力學模型接收衛(wèi)星的軌道和姿態(tài)數據以便給衛(wèi)星敏感器提供動態(tài)激勵源；

姿態(tài)和軌道動力學模型，其被配置為模擬衛(wèi)星的真實飛行狀態(tài)，其中所述姿態(tài)和軌道動力學模型根據從執(zhí)行器模型接收的推力數據和輸出力矩數據生成衛(wèi)星的軌道和姿態(tài)數據；以及

執(zhí)行器模型，其被配置為對執(zhí)行器進行建模，其中所述執(zhí)行器模型根據衛(wèi)星的遙測狀態(tài)生成推力數據和輸出力矩數據，其中所述遙測狀態(tài)包括衛(wèi)星控制指令和反作用輪轉速，其中所述執(zhí)行器模型包括：

推力器模型，其被配置為對推力器進行建模，其中所述建模為指數模型并且根據衛(wèi)星控制指令模擬推力的上升沿和下降沿以生成推力數據；以及

反作用輪模型，其被配置為對反作用輪進行建模，其中所述反作用輪模型根據反作用輪轉速計算反作用輪的輸出力矩。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選方案中規(guī)定，所述推力器模型通過下列公式來對推力器進行建模：