動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)，包括磁浮機(jī)構(gòu)、載荷艙和服務(wù)艙；其中，所述載荷艙通過(guò)所述磁浮機(jī)構(gòu)連接所述服務(wù)艙。所述磁浮機(jī)構(gòu)的數(shù)量為多個(gè)，磁浮機(jī)構(gòu)相對(duì)于載荷艙和服務(wù)艙的對(duì)接面平行或垂直依次間隔對(duì)稱布置；對(duì)稱布置的磁浮機(jī)構(gòu)的連線中點(diǎn)垂直通過(guò)載荷艙和服務(wù)艙的質(zhì)心連線。本發(fā)明為載荷艙和服務(wù)艙，兩艙在結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立，其中載荷艙安裝磁浮機(jī)構(gòu)磁鐵部分，是安靜艙段；服務(wù)艙安裝磁浮機(jī)構(gòu)線圈部分，為嘈雜艙段，兩艙之間由非接觸磁浮機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)非接觸，所以服務(wù)艙振動(dòng)和干擾不會(huì)傳輸至載荷艙，進(jìn)而達(dá)到有效載荷動(dòng)中取靜，兩艙動(dòng)靜隔離的效果。
【專利說(shuō)明】動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星，具體地，涉及一種動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)。

【背景技術(shù)】
[0002]星上活動(dòng)部件和撓性部件引發(fā)的平臺(tái)干擾是制約衛(wèi)星平臺(tái)“超精超穩(wěn)”的主要因素。活動(dòng)部件如飛輪、制冷機(jī)、推力器等工作時(shí)產(chǎn)生的各頻段隨機(jī)擾動(dòng)和振動(dòng)，極大的影響了衛(wèi)星平臺(tái)指向精度和姿態(tài)穩(wěn)定度，是引起載荷振動(dòng)的主要原因。太陽(yáng)帆板、大型展開(kāi)天線等撓性部件不僅引發(fā)衛(wèi)星平臺(tái)的干擾，其低頻模態(tài)也極大的限制了衛(wèi)星控制系統(tǒng)帶寬，導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能得不到充分發(fā)揮。
[0003]目前，抑制衛(wèi)星撓性附件抖動(dòng)和活動(dòng)部件振動(dòng)的主要手段有被動(dòng)隔振和主動(dòng)隔振兩種方法。被動(dòng)隔振裝置是一個(gè)緊湊的連接器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，且不需要外部能量和信息，但被動(dòng)隔振對(duì)低頻振動(dòng)沒(méi)有抑制能力，具有參數(shù)變化時(shí)，隔振性能衰退；隔振頻率越低，需要變形越大等缺點(diǎn)。主動(dòng)隔振是利用智能作動(dòng)器進(jìn)行隔振，能夠克服被動(dòng)隔振時(shí)低頻放大與高頻抑制的矛盾，并能根據(jù)環(huán)境變化可以隨時(shí)改變控制算法，但主動(dòng)隔振需要額外提供能源及測(cè)量信息，隔振系統(tǒng)可能產(chǎn)生不穩(wěn)定性，并具有反饋控制的“水床效應(yīng)”等缺陷。因此采用基于隔振器的平臺(tái)干擾抑制方法時(shí)，干擾源與衛(wèi)星平臺(tái)之間通過(guò)隔振器的接觸式安裝會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)隔而不絕的問(wèn)題，導(dǎo)致衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)精度很難進(jìn)一步提高。而常規(guī)衛(wèi)星設(shè)計(jì)中載荷艙的姿態(tài)跟隨衛(wèi)星平臺(tái)進(jìn)行控制，載荷艙的姿態(tài)精度主要取決于衛(wèi)星平臺(tái)的姿態(tài)控制精度。因此采用基于隔振器的平臺(tái)干擾抑制方法無(wú)法使載荷姿態(tài)精度達(dá)到雙超性會(huì)K。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)。本發(fā)明采用了振源與載荷“動(dòng)靜空間隔離、控制主從協(xié)同”的衛(wèi)星平臺(tái)設(shè)計(jì)新方法。即采用非接觸磁浮機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)振源與載荷的動(dòng)靜空間隔離，消除平臺(tái)微振動(dòng)對(duì)載荷的干擾；采用載荷為主、平臺(tái)為輔的主從協(xié)同控制策略，合理巧妙地利用“死區(qū)”間隙非線性，化害為利，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星的“超精超穩(wěn)”控制，解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中平臺(tái)微振動(dòng)導(dǎo)致載荷指向精度和穩(wěn)定度難以提升的瓶頸問(wèn)題?？梢詰?yīng)用于高分辨率對(duì)地觀測(cè)、大比例尺立體測(cè)繪、激光通f目、株空觀測(cè)等未來(lái)先進(jìn)航天器。
[0005]根據(jù)本發(fā)明提供的動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)，包括磁浮機(jī)構(gòu)、載荷艙和服務(wù)艙；
[0006]其中，所述載荷艙通過(guò)所述磁浮機(jī)構(gòu)連接所述服務(wù)艙。
[0007]優(yōu)選地，所述磁浮機(jī)構(gòu)的數(shù)量為多個(gè)，多個(gè)磁浮機(jī)構(gòu)相對(duì)于載荷艙和服務(wù)艙的對(duì)接面平行或垂直依次間隔對(duì)稱布置；
[0008]對(duì)稱布置的磁浮機(jī)構(gòu)的連線中點(diǎn)垂直通過(guò)載荷艙和服務(wù)艙的質(zhì)心連線。
[0009]優(yōu)選地，所述磁浮機(jī)構(gòu)包括線圈、磁鋼、磁軛、支架和相對(duì)位置傳感器；
[0010]其中，所述線圈、所述磁鋼以及所述相對(duì)位置傳感器均設(shè)置在所述磁軛內(nèi)側(cè)；
[0011]所述支架連接所述線圈，所述磁鋼與所述線圈相對(duì)設(shè)置；所述相對(duì)位置傳感器包括兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的第一位置傳感器和第二位置傳感器；所述第一位置傳感器連接所述線圈；所述第二位置傳感器連接所述磁軛，所述位置傳感器用于測(cè)量線圈相對(duì)于磁鋼在軸向上的運(yùn)動(dòng)距離；
[0012]所述支架連接所述服務(wù)艙，所述磁鋼連接所述載荷艙。
[0013]優(yōu)選地，所述服務(wù)艙包括服務(wù)艙本體、帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、貯箱、推力器、動(dòng)量輪、太陽(yáng)電池陣、姿態(tài)控制單元和可展開(kāi)式熱輻射器；
[0014]所述帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、可展開(kāi)式熱輻射器、姿態(tài)控制單元設(shè)置在所述服務(wù)艙本體內(nèi)側(cè)；
[0015]所述帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接所述太陽(yáng)電池陣，用于驅(qū)動(dòng)所述太陽(yáng)電池陣；
[0016]所述推力器和所述動(dòng)量輪用于抵抗環(huán)境干擾并隨動(dòng)跟蹤載荷艙，使載荷艙和服務(wù)艙達(dá)到設(shè)定的相對(duì)位姿；
[0017]所述姿態(tài)控制單元用于根據(jù)設(shè)定的姿態(tài)信息產(chǎn)生動(dòng)作指令以驅(qū)動(dòng)磁浮機(jī)構(gòu)產(chǎn)生控制力。
[0018]優(yōu)選地，所述載荷艙包括載荷艙本體、有效載荷、星敏感器以及光纖陀螺；所述有效載荷、星敏感器設(shè)置在所述載荷艙本體內(nèi)側(cè)；所述光纖陀螺連接所述載荷艙本體；
[0019]所述星敏感器和所述光纖陀螺用于確定有效載荷的指向。
[0020]優(yōu)選地，所述載荷艙和服務(wù)艙之間的能量和信息傳輸通過(guò)但不限于電磁互感或光電轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。
[0021]優(yōu)選地，還包括爆炸螺栓和多組鎖緊機(jī)構(gòu)；所述多組鎖緊機(jī)構(gòu)通過(guò)所述爆炸螺栓連接線圈和磁鋼；當(dāng)衛(wèi)星在軌，鎖緊機(jī)構(gòu)通過(guò)爆炸螺栓解鎖。
[0022]優(yōu)選地，還包括指令發(fā)生器、載荷艙姿態(tài)控制器以及載荷姿態(tài)傳感器；其中，所述指令發(fā)生器連接所述載荷艙姿態(tài)控制器，所述載荷艙姿態(tài)控制器的輸出端通過(guò)磁浮機(jī)構(gòu)、載荷艙以及載荷姿態(tài)傳感器連接所述載荷艙姿態(tài)控制器的輸入端。
[0023]優(yōu)選地，還包括相對(duì)位置傳感器和相對(duì)位置控制器；所述指令發(fā)生器通過(guò)所述相對(duì)位置控制器連接所述磁浮機(jī)構(gòu)；所述載荷艙通過(guò)所述相對(duì)位置傳感器連接所述相對(duì)位置控制器。
[0024]優(yōu)選地，還包括相對(duì)姿態(tài)控制器、服務(wù)艙執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及服務(wù)艙；其中，所述指令發(fā)生器依次通過(guò)對(duì)姿態(tài)控制器、服務(wù)艙執(zhí)行機(jī)構(gòu)、服務(wù)艙、相對(duì)位置控制器連接所述姿態(tài)控制器的輸入端。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0026]1、動(dòng)靜隔離，本發(fā)明為載荷艙和服務(wù)艙，兩艙在結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立，其中載荷艙安裝磁浮機(jī)構(gòu)磁鐵部分，是安靜艙段；服務(wù)艙由通用的衛(wèi)星模塊組成，安裝磁浮機(jī)構(gòu)線圈部分，包括但不限于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、推力器、動(dòng)量輪等各種活動(dòng)部件、太陽(yáng)電池陣、可展開(kāi)式熱輻射器等撓性附件和姿態(tài)控制單元，是嘈雜艙段，兩艙之間由非接觸磁浮機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)非接觸，所以服務(wù)艙振動(dòng)和干擾不會(huì)傳輸至載荷艙，進(jìn)而達(dá)到有效載荷動(dòng)中取靜，兩艙動(dòng)靜隔離的效果；
[0027]2、主從協(xié)同控制，本發(fā)明包括載荷艙姿態(tài)控制回路、兩艙相對(duì)位置控制回路和服務(wù)艙姿態(tài)控制回路，本發(fā)明整體控制思想與傳統(tǒng)控制方式相反，采取以載荷艙姿態(tài)控制為主動(dòng)，服務(wù)艙姿態(tài)伺服跟蹤載荷艙姿態(tài)的從動(dòng)控制設(shè)計(jì)思想，其中載荷艙通過(guò)磁浮機(jī)構(gòu)超精超穩(wěn)控制，服務(wù)艙對(duì)姿控精度要求不高，通過(guò)飛輪、噴氣等控制伺服跟蹤載荷艙；
[0028]3、死區(qū)滑?？刂疲ㄟ^(guò)設(shè)定相對(duì)位置滑模區(qū)域閾值，可以降低相對(duì)位置控制的頻次，從而減輕磁浮機(jī)構(gòu)壓力，使其專注于載荷艙姿態(tài)控制，與傳統(tǒng)上視死區(qū)為不利的做法相反，這是滑模間隙非線性控制思想在航天控制中的有益應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了死區(qū)的化害為利；
[0029]4、帶寬擴(kuò)展，易于控制，由于載荷艙無(wú)活動(dòng)和撓性部件，可打破撓性部件基頻對(duì)控制系統(tǒng)帶寬的限制，加快系統(tǒng)反應(yīng)速度，提高控制系統(tǒng)抗干擾性能，并且載荷艙可等效為剛體，動(dòng)力學(xué)模型簡(jiǎn)單，易于控制；
[0030]5、磁浮機(jī)構(gòu)的冗余設(shè)計(jì)，采用多個(gè)磁浮機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)載荷艙姿態(tài)控制與兩艙相對(duì)位置控制力的完全解耦，解耦簡(jiǎn)單，并且多個(gè)磁浮機(jī)構(gòu)具有冗余特性；
[0031]6、設(shè)計(jì)靈活，擴(kuò)展性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可根據(jù)載荷數(shù)量擴(kuò)展為多體懸掛式和多級(jí)遞進(jìn)式，且采用磁浮機(jī)構(gòu)數(shù)目不限于8個(gè)，只要多余6個(gè)即可。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0033]圖1為本發(fā)明的組成示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明中磁浮機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖3為本發(fā)明磁浮機(jī)構(gòu)的布局示意圖；
[0036]圖4為本發(fā)明中相對(duì)位置控制的滑模變結(jié)構(gòu)控制思想示意圖；
[0037]圖5為本發(fā)明的控制框圖。
[0038]圖中:
[0039]I為載荷艙；
[0040]2為服務(wù)艙；
[0041]3為磁浮機(jī)構(gòu)；
[0042]11為光纖陀螺；
[0043]12為星敏感器；
[0044]13為有效載荷；
[0045]21為推力器；
[0046]22為動(dòng)量輪；
[0047]23為帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；
[0048]24為太陽(yáng)電池陣；
[0049]25為姿態(tài)控制單元；
[0050]26為貯箱；
[0051]31為線圈；
[0052]32為磁鋼；
[0053]33為磁軛；
[0054]34為支架；
[0055]35為相對(duì)位置傳感器；
[0056]100為載荷艙姿態(tài)控制回路；
[0057]200為兩艙相對(duì)位置控制回路；
[0058]300為服務(wù)艙姿態(tài)控制回路；
[0059]101為載荷艙姿態(tài)控制器；
[0060]103為磁浮機(jī)構(gòu)；
[0061]104為載荷艙；
[0062]105為載荷姿態(tài)傳感器；
[0063]106為反作用力/力矩；
[0064]201為指令發(fā)生器；
[0065]202為相對(duì)位置控制器；
[0066]301為相對(duì)姿態(tài)控制器；
[0067]303為服務(wù)艙執(zhí)行機(jī)構(gòu)；
[0068]304為服務(wù)艙；
[0069]305為相對(duì)位置傳感器。

【具體實(shí)施方式】
[0070]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0071]在本實(shí)施例中，如圖1、2所示，本發(fā)明提供的動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)包括磁浮機(jī)構(gòu)3、載荷艙I和服務(wù)艙2 ;其中，所述載荷艙I通過(guò)所述磁浮機(jī)構(gòu)3連接所述服務(wù)艙2。
[0072]所述磁浮機(jī)構(gòu)3的數(shù)量為8個(gè)，磁浮機(jī)構(gòu)3相對(duì)于載荷艙I和服務(wù)艙2的對(duì)接面平行或垂直依次間隔對(duì)稱布置；對(duì)稱布置的磁浮機(jī)構(gòu)3的連線中點(diǎn)垂直通過(guò)載荷艙I和服務(wù)艙2的質(zhì)心連線。
[0073]所述磁浮機(jī)構(gòu)包括線圈31、磁鋼32、磁軛33、支架34和相對(duì)位置傳感器35 ;其中，所述線圈31、所述磁鋼32以及所述相對(duì)位置傳感器35均設(shè)置在所述磁軛33內(nèi)側(cè)；所述支架34連接所述線圈31，所述磁鋼32與所述線圈31相對(duì)設(shè)置；所述相對(duì)位置傳感器35包括兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的第一位置傳感器和第二位置傳感器；所述第一位置傳感器連接所述線圈31 ;所述第二位置傳感器連接所述磁軛33，所述位置傳感器35用于測(cè)量線圈31相對(duì)于磁鋼32在軸向上的運(yùn)動(dòng)距離；所述支架34連接所述服務(wù)艙2，所述磁鋼32連接所述載荷艙1定義線圈31的平衡位置為線圈31到磁鋼32徑向的距離處處相等。支架34與磁軛33之間無(wú)物理連接，從而實(shí)現(xiàn)了兩艙的非接觸，服務(wù)艙2振動(dòng)和干擾不會(huì)傳輸至載荷艙1，達(dá)到有效載荷14動(dòng)中取靜，兩艙動(dòng)靜隔離的效果。
[0074]如圖3所示，八個(gè)磁浮機(jī)構(gòu)3與兩艙對(duì)接面平行或垂直依次間隔對(duì)稱布置，磁浮機(jī)構(gòu)3以非接觸形式連接載荷艙I和服務(wù)艙2，其不僅產(chǎn)生載荷艙I姿態(tài)控制所需要的力矩，同時(shí)對(duì)兩艙相對(duì)位置進(jìn)行控制，以防止兩艙發(fā)生碰撞。兩艙相對(duì)位置的反饋信息由相對(duì)位置傳感器35的測(cè)量信息解算得到，執(zhí)行器為磁浮機(jī)構(gòu)3。兩艙相對(duì)位置控制的目的是為了保證兩艙不碰撞，因此可以設(shè)定相對(duì)位置滑模區(qū)域閾值，如圖4所示。利用滑?？刂频乃枷?，考慮如下幾種情況:
[0075]線圈位于區(qū)域②，不啟動(dòng)相對(duì)位置控制；
[0076]線圈位于區(qū)域①，線圈31相對(duì)于磁鋼32在A、D運(yùn)動(dòng)模式下，啟動(dòng)相對(duì)位置控制；
[0077]線圈位于區(qū)域①，線圈31相對(duì)于磁鋼32在B、C運(yùn)動(dòng)模式下，不啟動(dòng)相對(duì)位置控制。
[0078]根據(jù)以上控制邏輯，可以極大的減小相對(duì)位置控制的頻次，從而減輕磁浮機(jī)構(gòu)3壓力，專注于載荷艙I姿態(tài)控制。這是滑?？刂扑枷朐诤教炜刂浦械氖状螒?yīng)用，將“死區(qū)”變廢為寶，提尚間隙非線性控制效益。
[0079]八個(gè)磁浮機(jī)構(gòu)3互為冗余備份，由其完成載荷艙高精度姿態(tài)控制與兩艙相對(duì)位置控制。之所以發(fā)明中雙超平臺(tái)要設(shè)置八個(gè)磁浮機(jī)構(gòu)，是因?yàn)橛幸韵聝?yōu)點(diǎn):
[0080]由磁浮機(jī)構(gòu)的布局可知系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)載荷艙姿態(tài)與兩艙相對(duì)位置控制力的完全解耦，且解耦簡(jiǎn)單；采用8個(gè)磁浮機(jī)構(gòu)的構(gòu)型具有冗余功能。當(dāng)有一個(gè)磁浮機(jī)構(gòu)故障時(shí)，并不影響載荷艙六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)；兩個(gè)磁浮機(jī)構(gòu)故障有28種方式，其中16種方式不影響載荷艙六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，因此八個(gè)磁浮機(jī)構(gòu)的構(gòu)型實(shí)現(xiàn)了磁浮機(jī)構(gòu)的冗余備份，提高了系統(tǒng)的可靠性。
[0081]由于載荷艙無(wú)活動(dòng)和撓性部件，可打破撓性部件基頻對(duì)控制系統(tǒng)帶寬的限制，加快系統(tǒng)反應(yīng)速度，提高控制系統(tǒng)抗干擾性能。載荷艙與服務(wù)艙相互隔離后，載荷艙等效為剛體，動(dòng)力學(xué)模型更為簡(jiǎn)單，且服務(wù)艙微振動(dòng)物理上不會(huì)傳遞到載荷艙，通過(guò)磁浮機(jī)構(gòu)的高精度力控性能，使得動(dòng)靜隔離式衛(wèi)星平臺(tái)具有超高指向精度、超高穩(wěn)定度的性能。仿真結(jié)果顯示，該平臺(tái)的姿態(tài)指向精度優(yōu)于5X10_4°，姿態(tài)穩(wěn)定度優(yōu)于5X10_6° /s，可滿足未來(lái)1:5000立體測(cè)繪衛(wèi)星、靜止軌道I?2米等先進(jìn)航天器需求。
[0082]所述服務(wù)艙2由通用的衛(wèi)星模塊組成，包括服務(wù)艙本體、帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)23、貯箱26、推力器21、動(dòng)量輪22、太陽(yáng)電池陣24、姿態(tài)控制單元25和可展開(kāi)式熱輻射器；所述帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)23、可展開(kāi)式熱輻射器、姿態(tài)控制單元25設(shè)置在所述服務(wù)艙本體內(nèi)側(cè)；所述帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)23連接所述太陽(yáng)電池陣24，用于驅(qū)動(dòng)所述太陽(yáng)電池陣；所述推力器21和所述動(dòng)量輪22用于抵抗環(huán)境干擾并隨動(dòng)跟蹤載荷艙1，使載荷艙I和服務(wù)艙2達(dá)到設(shè)定的相對(duì)位姿；所述姿態(tài)控制單元25用于根據(jù)設(shè)定的姿態(tài)信息產(chǎn)生動(dòng)作指令以驅(qū)動(dòng)磁浮機(jī)構(gòu)3產(chǎn)生控制力。
[0083]所述載荷艙I包括載荷艙本體、有效載荷13、星敏感器12以及光纖陀螺11 ;所述有效載荷13、星敏感器12設(shè)置在所述載荷艙本體內(nèi)側(cè)；所述光纖陀螺11連接所述載荷艙本體；所述星敏感器12和所述光纖陀螺11用于確定有效載荷12的指向。所述載荷艙I和服務(wù)艙I之間的能量和信息傳輸通過(guò)但不限于電磁互感或光電轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。載荷艙1、服務(wù)艙2采取主從協(xié)同的控制方式，以載荷艙I姿態(tài)控制為主動(dòng)，進(jìn)行超精超穩(wěn)控制，而服務(wù)艙2采用隨動(dòng)跟蹤載荷艙I的粗控模式。載荷艙I通過(guò)星敏感器12、光纖陀螺11等傳感器確定有效載荷14指向，姿態(tài)控制單元基于姿態(tài)確定信息產(chǎn)生動(dòng)作指令，驅(qū)動(dòng)磁浮機(jī)構(gòu)3產(chǎn)生控制力，使有效載荷14達(dá)到期望的超精超穩(wěn)控制。服務(wù)艙2姿態(tài)反饋信息由相對(duì)位置傳感器35的測(cè)量信息解算得到，通過(guò)安裝推力器21、動(dòng)量輪22等執(zhí)行機(jī)構(gòu)抵抗環(huán)境干擾并隨動(dòng)跟蹤載荷艙1，使兩艙達(dá)到期望的相對(duì)位姿。
[0084]本發(fā)明提供的動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)還包括爆炸螺栓和多組鎖緊機(jī)構(gòu)；所述多組鎖緊機(jī)構(gòu)通過(guò)所述爆炸螺栓連接線圈和磁鋼，用于抵抗惡劣的發(fā)射段力學(xué)環(huán)境；當(dāng)衛(wèi)星在軌，鎖緊機(jī)構(gòu)通過(guò)爆炸螺栓解鎖。
[0085]采用本主從協(xié)同動(dòng)靜隔離式雙超平臺(tái)的衛(wèi)星至少具有發(fā)射、超精超穩(wěn)、防碰等多種不同的工作模式。發(fā)射模式是指磁浮機(jī)構(gòu)3處于鎖定狀態(tài)，載荷艙I和服務(wù)艙2為一體結(jié)構(gòu)，包括從衛(wèi)星發(fā)射至定軌的整個(gè)過(guò)程，衛(wèi)星由服務(wù)艙I外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施軌道機(jī)動(dòng)和姿態(tài)調(diào)整，此時(shí)磁浮機(jī)構(gòu)處于斷電狀態(tài)。超精超穩(wěn)模式是指磁浮機(jī)構(gòu)3的鎖緊機(jī)構(gòu)已經(jīng)通過(guò)爆炸螺栓解鎖，載荷艙I通過(guò)磁浮機(jī)構(gòu)3實(shí)現(xiàn)有效載荷14指向，服務(wù)艙2通過(guò)外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)如推力器21、動(dòng)量輪22抵抗環(huán)境干擾并跟蹤載荷艙1，使兩艙達(dá)到期望的相對(duì)位姿。防碰模式是指當(dāng)磁浮機(jī)構(gòu)3的線圈31的運(yùn)動(dòng)范圍超過(guò)閾值時(shí)，啟動(dòng)相對(duì)位置控制，促使間隙恢復(fù)至規(guī)定的閾值范圍內(nèi)。服務(wù)艙2通過(guò)其執(zhí)行器如推力器21、動(dòng)量輪22快速跟蹤載荷艙I，并通過(guò)磁浮機(jī)構(gòu)3實(shí)現(xiàn)兩艙的相對(duì)位置控制。
[0086]本發(fā)明提供的動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)還包括指令發(fā)生器201、載荷艙姿態(tài)控制器101以及載荷姿態(tài)傳感器105 ；
[0087]其中，所述指令發(fā)生器201連接所述載荷艙姿態(tài)控制器101，所述載荷艙姿態(tài)控制器101的輸出端通過(guò)磁浮機(jī)構(gòu)3、載荷艙104以及載荷姿態(tài)傳感器105連接所述載荷艙姿態(tài)控制器101的輸入端。
[0088]本發(fā)明提供的動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)還包括相對(duì)位置傳感器305和相對(duì)位置控制器202 ;
[0089]所述指令發(fā)生器201通過(guò)所述相對(duì)位置控制器202連接所述磁浮機(jī)構(gòu)101 ;所述載荷艙104通過(guò)所述相對(duì)位置傳感器305連接所述相對(duì)位置控制器202。
[0090]本發(fā)明提供的動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)還包括相對(duì)姿態(tài)控制器
301、服務(wù)艙執(zhí)行機(jī)構(gòu)303以及服務(wù)艙304;其中，所述指令發(fā)生器201依次通過(guò)相對(duì)姿態(tài)控制器301、服務(wù)艙執(zhí)行機(jī)構(gòu)303、服務(wù)艙304、相對(duì)位置控制器301連接所述相對(duì)姿態(tài)控制器301的輸入端。
[0091]本發(fā)明提供的動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)還包括反作用力/力矩106，其表示將非接觸磁浮機(jī)構(gòu)103的反作用力/力矩傳至服務(wù)艙304。
[0092]如圖5所示，雙超衛(wèi)星平臺(tái)包含載荷艙姿態(tài)控制回路100、兩艙相對(duì)位置控制回路200、服務(wù)艙姿態(tài)控制回路300共3個(gè)控制回路。其中有效載荷姿態(tài)控制回路100包括指令發(fā)生器201、載荷艙姿態(tài)控制器101、非接觸磁浮機(jī)構(gòu)103、載荷艙104和載荷姿態(tài)傳感器105、反作用力/力矩106等模塊；兩艙相對(duì)位置控制回路200包括指令發(fā)生器201、相對(duì)位置控制器202、非接觸磁浮機(jī)構(gòu)103、載荷艙104、服務(wù)艙305和相對(duì)位置傳感器305等模塊；服務(wù)艙姿態(tài)控制回路300主要包括指令發(fā)生器201、相對(duì)姿態(tài)控制器301、服務(wù)艙執(zhí)行機(jī)構(gòu)
302、服務(wù)艙303和相對(duì)位置傳感器305等模塊。
[0093]基于本發(fā)明的衛(wèi)星的超精超穩(wěn)模式是指衛(wèi)星在軌穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，載荷艙姿態(tài)通過(guò)磁浮機(jī)構(gòu)超精超穩(wěn)控制，服務(wù)艙通過(guò)自身的執(zhí)行機(jī)構(gòu)伺服跟蹤載荷艙，兩艙相對(duì)位置控制通過(guò)磁浮機(jī)構(gòu)，采用滑模變結(jié)構(gòu)控制原理，進(jìn)行間隙閾值控制，以保證兩艙相對(duì)位置在閾值之內(nèi)，防止兩艙發(fā)生碰撞?；诒景l(fā)明的衛(wèi)星至少具有承受發(fā)射段沖擊、超精超穩(wěn)、防碰撞等多種不同的工作模式
[0094]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)，其特征在于，包括磁浮機(jī)構(gòu)、載荷艙和服務(wù)艙； 其中，所述載荷艙通過(guò)所述磁浮機(jī)構(gòu)連接所述服務(wù)艙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)，其特征在于，所述磁浮機(jī)構(gòu)的數(shù)量為多個(gè)，多個(gè)磁浮機(jī)構(gòu)相對(duì)于載荷艙和服務(wù)艙的對(duì)接面平行或垂直依次間隔對(duì)稱布置； 對(duì)稱布置的磁浮機(jī)構(gòu)的連線中點(diǎn)垂直通過(guò)載荷艙和服務(wù)艙的質(zhì)心連線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)，其特征在于，所述磁浮機(jī)構(gòu)包括線圈、磁鋼、磁軛、支架和相對(duì)位置傳感器； 其中，所述線圈、所述磁鋼以及所述相對(duì)位置傳感器均設(shè)置在所述磁軛內(nèi)側(cè)； 所述支架連接所述線圈，所述磁鋼與所述線圈相對(duì)設(shè)置；所述相對(duì)位置傳感器包括兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的第一位置傳感器和第二位置傳感器；所述第一位置傳感器連接所述線圈；所述第二位置傳感器連接所述磁軛，所述位置傳感器用于測(cè)量線圈相對(duì)于磁鋼在軸向上的運(yùn)動(dòng)距離； 所述支架連接所述服務(wù)艙，所述磁鋼連接所述載荷艙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)，其特征在于，所述服務(wù)艙包括服務(wù)艙本體、帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、貯箱、推力器、動(dòng)量輪、太陽(yáng)電池陣、姿態(tài)控制單元和可展開(kāi)式熱輻射器； 所述帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、可展開(kāi)式熱輻射器、姿態(tài)控制單元設(shè)置在所述服務(wù)艙本體內(nèi)側(cè)； 所述帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接所述太陽(yáng)電池陣，用于驅(qū)動(dòng)所述太陽(yáng)電池陣； 所述推力器和所述動(dòng)量輪用于抵抗環(huán)境干擾并隨動(dòng)跟蹤載荷艙，使載荷艙和服務(wù)艙達(dá)到設(shè)定的相對(duì)位姿； 所述姿態(tài)控制單元用于根據(jù)設(shè)定的姿態(tài)信息產(chǎn)生動(dòng)作指令以驅(qū)動(dòng)磁浮機(jī)構(gòu)產(chǎn)生控制力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)，其特征在于，所述載荷艙包括載荷艙本體、有效載荷、星敏感器以及光纖陀螺； 所述有效載荷、星敏感器設(shè)置在所述載荷艙本體內(nèi)側(cè)；所述光纖陀螺連接所述載荷艙本體； 所述星敏感器和所述光纖陀螺用于確定有效載荷的指向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)，其特征在于，所述載荷艙和服務(wù)艙之間的能量和信息傳輸通過(guò)但不限于電磁互感或光電轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)，其特征在于，還包括爆炸螺栓和多組鎖緊機(jī)構(gòu)； 所述多組鎖緊機(jī)構(gòu)通過(guò)所述爆炸螺栓連接線圈和磁鋼；當(dāng)衛(wèi)星在軌，鎖緊機(jī)構(gòu)通過(guò)爆炸螺栓解鎖。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)，其特征在于，還包括指令發(fā)生器、載荷艙姿態(tài)控制器以及載荷姿態(tài)傳感器； 其中，所述指令發(fā)生器連接所述載荷艙姿態(tài)控制器，所述載荷艙姿態(tài)控制器的輸出端通過(guò)磁浮機(jī)構(gòu)、載荷艙以及載荷姿態(tài)傳感器連接所述載荷艙姿態(tài)控制器的輸入端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)，其特征在于，還包括相對(duì)位置傳感器和相對(duì)位置控制器； 所述指令發(fā)生器通過(guò)所述相對(duì)位置控制器連接所述磁浮機(jī)構(gòu)；所述載荷艙通過(guò)所述相對(duì)位置傳感器連接所述相對(duì)位置控制器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的動(dòng)靜隔離主從協(xié)同控制的雙超衛(wèi)星平臺(tái)，其特征在于，還包括相對(duì)姿態(tài)控制器、服務(wù)艙執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及服務(wù)艙； 其中，所述指令發(fā)生器依次通過(guò)對(duì)姿態(tài)控制器、服務(wù)艙執(zhí)行機(jī)構(gòu)、服務(wù)艙、相對(duì)位置控制器連接所述姿態(tài)控制器的輸入端。
【文檔編號(hào)】B64G1/10GK104477410SQ201410610456
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】張偉, 廖鶴, 袁金如, 趙洪波, 許域菲, 趙艷彬, 裘俊, 鄧成晨 申請(qǐng)人:上海衛(wèi)星工程研究所