一種主動抑制太陽帆板撓性振動的方法
【專利摘要】一種主動抑制太陽帆板撓性振動的方法，該方法以正余弦細(xì)分驅(qū)動的步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，建立衛(wèi)星系統(tǒng)動力學(xué)模型，對系統(tǒng)動力學(xué)模型進(jìn)行線性化化簡后，計算系統(tǒng)的振動頻率和阻尼比，設(shè)計輸入成型器來對原始帆板轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行整型，使得系統(tǒng)在完成帆板轉(zhuǎn)速連續(xù)驅(qū)動的同時，還有效地抑制了帆板的撓性振動，從而降低了帆板撓性振動對載荷成像質(zhì)量的影響，且對模型參數(shù)變化和設(shè)計參數(shù)不準(zhǔn)具有較強(qiáng)的魯棒性，相對于采用壓電陶瓷材料和阻尼器等其它太陽帆板撓性振動控制方法，本發(fā)明不需要添加額外的硬件設(shè)備，工程實(shí)現(xiàn)比較簡單。
【專利說明】一種主動抑制太陽帆板撓性振動的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種主動抑制太陽帆板撓性振動的方法，屬于撓性航天器控制【技術(shù)領(lǐng)域】，用于太陽帆板轉(zhuǎn)速驅(qū)動切換過程中的撓性振動抑制控制，尤其是對低頻和甚低頻撓性振動的抑制。
【背景技術(shù)】
[0002]為了跟蹤太陽以保證能源供應(yīng)，目前衛(wèi)星上普遍安裝了太陽帆板及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)，但由于帆板的剛度不足，加上空間環(huán)境的弱阻尼特點(diǎn)，帆板的撓性振動一旦被激起后很難快速衰減。以往由于光學(xué)或SAR(合成孔徑雷達(dá))載荷的分辨率不高，導(dǎo)致對衛(wèi)星姿態(tài)指向精度和穩(wěn)定度等性能指標(biāo)要求比較低，因此帆板撓性振動對載荷性能的影響并不明顯。但是，隨著載荷技術(shù)的發(fā)展，圖像分辨率得到了很大的提高，相應(yīng)地對姿態(tài)控制精度提出了越來越高的指標(biāo)，穩(wěn)定度要求達(dá)到了 10-4° /s甚至更高的量級。在此背景下，太陽帆板撓性振動對載荷成像質(zhì)量的影響就立馬凸現(xiàn)出來，成為了制約遙感衛(wèi)星進(jìn)一步提升姿態(tài)控制性能的關(guān)鍵技術(shù)問題，因此，采用主動抑制方法來降低太陽帆板的撓性振動成了當(dāng)前提高遙感衛(wèi)星姿態(tài)控制精度的一個重要課題。
[0003]文獻(xiàn)1“斯祝華，劉一武，黎康.太陽帆板驅(qū)動裝置建模及其驅(qū)動控制研究[J].空間控制技術(shù)與應(yīng)用，2010,36(2):13~19”建立了基于正余弦細(xì)分驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的太陽帆板驅(qū)動模型，并討論了其驅(qū)動控制方式，但并未考慮帆板的撓性振動因素。
[0004]文獻(xiàn)2“梁小光，丁竹生，焦映厚.衛(wèi)星太陽翼阻尼器參數(shù)選定方法[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，43(7):71~75”和文獻(xiàn)3 “胡慶雷，馬廣富.撓性航天器姿態(tài)機(jī)動控制的主動振動抑制[J].振動工程學(xué)報，18(3):375~380”分別采用阻尼器和壓電陶瓷材料對太陽帆板撓性進(jìn)行主動抑制控制，這兩種控制方式雖然能夠降低帆板的撓性振動，但是需要增加敏感器和做動器等復(fù)雜硬件設(shè)備，星上工程實(shí)現(xiàn)尚未成熟。
[0005]除了文獻(xiàn)2和3提出的撓性振動控制方法之外，其它撓性振動控制方法也得到了研究，其中，輸入成型以其簡單易用性、對模型參數(shù)攝動的魯棒性等優(yōu)良品質(zhì)，逐漸成為目前主動振動抑制領(lǐng)域的主流方法。輸入成型是指將脈沖序列與期望輸入指令卷積形成的新指令作為系統(tǒng)輸入的信號處理技術(shù)，其中脈沖序列稱為輸入成型器，脈沖序列的作用時間和幅值根據(jù)系統(tǒng)的模態(tài)頻率和阻尼比得到，期望輸入指令的確定僅考慮剛體系統(tǒng)運(yùn)動的要求，整型后的指令不僅可以滿足剛體的運(yùn)動要求，還可以有效抑制系統(tǒng)中撓性附件的振動。
[0006]文獻(xiàn)4“Michael J.Doherty, Robert J.Tolson.輸入成型減少太陽帆板結(jié)構(gòu)振動[C].美國航空航天局報告，No:19980232013”和文獻(xiàn)5 “原勁鵬，劉建功，楊雷.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動柔性負(fù)載的一種振動抑制控制策略[J].空間控制技術(shù)與應(yīng)用，2008,34?):34~38”雖然考慮了負(fù)載的撓性因 素，采用輸入成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對撓性體的驅(qū)動定位和振動抑制，但是在它們的研究中，太陽帆板采用了斬波恒流驅(qū)動的步進(jìn)電機(jī)，且應(yīng)用背景僅限于撓性體的轉(zhuǎn)角定位，轉(zhuǎn)角到位之后電機(jī)停止驅(qū)動，這與目前工程上的太陽帆板采用正余弦細(xì)分驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)以及帆板需要連續(xù)驅(qū)動以跟蹤太陽的實(shí)際工況尚存在差異。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種主動抑制太陽帆板撓性振動的方法，可以有效抑制太陽帆板轉(zhuǎn)速切換過程中的撓性振動，且對模型參數(shù)變化和設(shè)計參數(shù)不準(zhǔn)具有比較強(qiáng)的魯棒性，不需要添加額外的硬件設(shè)備，工程實(shí)現(xiàn)比較簡單，具有較高的工程應(yīng)用價值。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種主動抑制太陽帆板撓性振動的方法，該方法包含以下步驟:
[0009]步驟1、建立太陽帆板撓性振動系統(tǒng)動力學(xué)模型并計算系統(tǒng)的振動模態(tài)參數(shù)；
[0010]步驟2、獲得ZVD成型器；
[0011]步驟3、星載計算機(jī)利用ZVD綜合成型器對太陽帆板的轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行整形后，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。
[0012]所述的步驟I包含以下步驟:
[0013]步驟1.1、建立完整的太陽帆板撓性振動系統(tǒng)動力學(xué)模型:
[0014]所述的太陽帆板撓性振動系統(tǒng)包含衛(wèi)星平臺、一個太陽帆板和一個步進(jìn)驅(qū)動電機(jī)，其振動系統(tǒng)動力學(xué)模型為:
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種主動抑制太陽帆板撓性振動的方法，其特征在于，該方法包含以下步驟: 步驟1、建立太陽帆板撓性振動系統(tǒng)動力學(xué)模型并計算系統(tǒng)的振動模態(tài)參數(shù)； 步驟2、獲得ZVD成型器； 步驟3、星載計算機(jī)利用ZVD綜合成型器對太陽帆板的轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行整形后，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的主動抑制太陽帆板撓性振動的方法，其特征在于，所述的步驟I包含以下步驟: 步驟1.1、建立完整的太陽帆板撓性振動系統(tǒng)動力學(xué)模型: 所述的太陽帆板撓性振動系統(tǒng)包含衛(wèi)星平臺、一個太陽帆板和一個步進(jìn)驅(qū)動電機(jī)，其振動系統(tǒng)動力學(xué)|吳型為:
3.如權(quán)利要求2所述的主動抑制太陽帆板撓性振動的方法，其特征在于，所述的步進(jìn)驅(qū)動電機(jī)采用正余弦細(xì)分驅(qū)動的步進(jìn)電機(jī)。
4.如權(quán)利要求3所述的主動抑制太陽帆板撓性振動的方法，其特征在于，所述的步驟2包含以下步驟: ZVD成型器是一個由三個子脈沖組成的脈沖序列，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:
5.如權(quán)利要求4所述的主動抑制太陽帆板撓性振動的方法，其特征在于，所述的步驟3包含以下步驟:步驟3.1、星載計算機(jī)將所有振動模態(tài)的ZVD成型器卷積得到一個ZVD綜合成型器； 步驟3.2、星載計算機(jī)將太陽帆板的原始轉(zhuǎn)速指令送入ZVD綜合成型器整型后，將獲得的整形指令作為實(shí)際轉(zhuǎn)速指令來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。
6、如權(quán)利要求5所述的主動抑制太陽帆板撓性振動的方法，其特征在于，所述的主動抑制太陽帆板撓性振動的方法還包含步驟4，星載計算機(jī)在軌修正ZVD成型器。
7、如權(quán)利要求6所述的主動抑制太陽帆板撓性振動的方法，其特征在于，所述的步驟4包含以下步驟: 步驟4.1、通過對星載計算機(jī)下傳的衛(wèi)星姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識，得到包括系統(tǒng)振動頻率和阻尼比在內(nèi)的系統(tǒng)振動模態(tài)參數(shù)的辨識值； 步驟4.2、判斷振動模態(tài)參數(shù)的理論值和真實(shí)值之間的差別，若振動模態(tài)參數(shù)的理論值和辨識值之間相差大于10%，則根據(jù)辨識結(jié)果重新計算ZVD成型器的參數(shù)，并通過在軌編程方式修正存儲在星載計算機(jī)中的ZVD成型器參數(shù)；如果理論值和辨識值相差小于等于10%，則不進(jìn)行星上修正。
【文檔編號】G05B13/04GK103926840SQ201410186509
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】施桂國, 朱慶華, 張子龍, 王赟, 侯建文, 周偉敏 申請人:上海新躍儀表廠