[發(fā)明專利]一種實現(xiàn)控制力矩陀螺框架傾角主動調(diào)節(jié)的裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110902077.8
• 申請日: 2021-08-06
• 公開（公告）號: CN113721644B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 殷文喆;桂海潮;賈英宏;唐怡琳;楊偉奇
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發(fā)明公開一種實現(xiàn)控制力矩陀螺框架傾角主動調(diào)節(jié)的裝置，包括：陀螺模塊、傘構(gòu)型框架以及機電控制部分；所述的陀螺模塊為4個，均包括陀螺、軸承、聯(lián)軸器、陀螺電機及用于支撐固定上述部件的陀螺框架；傘構(gòu)型框架用于傳遞控制力矩陀螺與航天器間的角動量，并實現(xiàn)傾角的改變；傘構(gòu)型框架包括：支架、底座、絲杠電機、絲杠底座、聯(lián)軸器、絲杠、絲母、中圈、大桿、小桿；機電控制部分，包括測距模塊及舵機。本發(fā)明可以使航天器在運行過程中可靠性增加；可以改變系統(tǒng)的角動量包絡(luò)，使航天器在需要在特定的方向輸出時增大該方向的角動量包絡(luò)，達到良好的輸出性能；相較于SGCMG有著更優(yōu)秀的容錯機制，因此有著更高的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明為一種實現(xiàn)控制力矩陀螺框架傾角主動調(diào)節(jié)的裝置，屬于航天器姿態(tài)控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

基于陀螺進動原理的控制力拒陀螺群廣泛應(yīng)用于航天姿態(tài)控制領(lǐng)域。其原理是通過改變陀螺軸的方向，使陀螺角動量方向發(fā)生改變，從而產(chǎn)生一個輸出力矩。應(yīng)用此力矩，即可為衛(wèi)星的姿態(tài)提供一個有效地控制。

目前最基本的應(yīng)用此原理的姿態(tài)控制機構(gòu)為單框架控制力矩陀螺群(SingleGimbal?Control?Momentum?Gyroscope，SGCMG)。該機構(gòu)有著以下特性：1、有著力矩放大作用，可輸出大力矩；2、無須工質(zhì)，無羽流污染；3、易獲得良好姿態(tài)控制性能。基于以上特點，該機構(gòu)有著廣泛的應(yīng)用。

由于SGCMG在使用過程中，陀螺輸出轉(zhuǎn)矩的方向與框架角相關(guān)，且輸出轉(zhuǎn)矩時，框架角亦會發(fā)生改變。因此其在控制過程中，輸出力矩方向有時會陷入同一平面，導(dǎo)致裝置無論如何都無法在平面法線方向輸出力矩，從而陷入奇異失效；且當(dāng)其機構(gòu)中存在故障陀螺時，SGCMG會失去逃離奇異的能力，失去工作能力。為了解決此奇異問題，本發(fā)明對SGCMG進行了改進設(shè)計，使機構(gòu)的傾角可變(Variable?Gimbal?Control?Momentum?Gyroscope，VGCMG)，從而改善機構(gòu)逃離奇異，以及規(guī)避奇異的能力，除此之外，還可以提高機構(gòu)的敏捷機動和容錯的能力等。本發(fā)明在理論基礎(chǔ)上，設(shè)計給出了一種實現(xiàn)控制力矩陀螺框架傾角主動調(diào)節(jié)的裝置，給出其構(gòu)建方法與相關(guān)理論分析。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種實現(xiàn)控制力矩陀螺框架傾角主動調(diào)節(jié)的裝置，是對經(jīng)典單框架控制力矩陀螺的一種改進，通過為裝置增加傘構(gòu)型，使裝置獲得更加優(yōu)秀的使用性能。

一種實現(xiàn)控制力矩陀螺框架傾角主動調(diào)節(jié)的裝置，主要包括：陀螺模塊、傘構(gòu)型框架以及機電控制部分；

其中：所述的陀螺模塊為4個，均包括陀螺、軸承、聯(lián)軸器、陀螺電機及用于支撐固定上述部件的陀螺框架，陀螺選用4個慣量較大的陀螺，所述的陀螺框架分為上下部分，上端的陀螺框架兩側(cè)加裝有擋板；所述4個陀螺模塊在機構(gòu)中的構(gòu)型排布，選擇金字塔構(gòu)型；4個陀螺模塊分別置于金字塔的4條斜邊；所述的陀螺框架安裝在大桿上后可繞一固定軸旋轉(zhuǎn)，該固定軸稱之為陀螺框架軸，所述的陀螺框架軸在金字塔構(gòu)型的中心和斜邊的平面內(nèi)，且垂直于斜邊；

其中，傘構(gòu)型框架用于傳遞控制力矩陀螺與航天器間的角動量，并實現(xiàn)傾角的改變。傘構(gòu)型框架包括：支架、底座、絲杠電機、絲杠底座、聯(lián)軸器、絲杠、絲母、中圈、大桿、小桿；具體結(jié)構(gòu)如下：支架可固定于地面用于支撐整個裝置，其通過滾動軸承與底座相連；在執(zhí)行任務(wù)時，應(yīng)移除支架，將底座直接與航天器固連。所述的底座，可進一步分為內(nèi)底座與外底座，通過緊固件連接，以解決裝置模型較大、一體式的結(jié)構(gòu)不易制造的問題；

絲杠電機、絲杠底座、聯(lián)軸器、絲杠依次安裝在底座的中心，再將絲母、中圈固定。所述的中圈為立方體結(jié)構(gòu)，中間打方形孔以滿足與絲母的緊密連接；所述立方體結(jié)構(gòu)外側(cè)外伸4個凸緣并形成鉸接口，分別與小桿的一端鉸接；底端外伸出一測距平臺，用來配合測量中圈與底座的距離。中圈與絲母通過螺紋緊固件連接，以使得中圈可以和絲母一起運動。