本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星控制系統(tǒng)，特別是涉及一種基于磁浮力器的高精度大帶寬無動量輪的衛(wèi)星控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

動靜分離式衛(wèi)星平臺打破傳統(tǒng)衛(wèi)星載荷與平臺固連設(shè)計思路，采用基于磁浮力器的“動靜隔離非接觸、主從解耦高精度”的全新設(shè)計方法，突破固連設(shè)計方法存在微振動“難測、難控”技術(shù)瓶頸，可從根本上解決載荷指向精度與穩(wěn)定度難以大幅提升的重大難題。并且由于整個控制系統(tǒng)沒有采用飛輪、控制力矩陀螺等動量輪作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)載荷高精度高穩(wěn)定度控制指標(biāo)的同時可大幅度降低衛(wèi)星平臺成本，提高壽命和可靠性。

動靜分離式衛(wèi)星平臺由于采用磁浮力器將動艙和靜艙進(jìn)行隔離，其控制系統(tǒng)的設(shè)計相較于傳統(tǒng)衛(wèi)星平臺在執(zhí)行機(jī)構(gòu)與控制策略上有很大不同且系統(tǒng)成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于磁浮力器的高精度大帶寬無動量輪的衛(wèi)星控制系統(tǒng)，其能夠針對動靜分離式衛(wèi)星平臺對載荷雙超指標(biāo)的要求，保障平臺在軌姿態(tài)的穩(wěn)態(tài)控制與機(jī)動控制。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：一種基于磁浮力器的高精度大帶寬無動量輪的衛(wèi)星控制系統(tǒng)，其特征在于，其包括姿態(tài)指令發(fā)生器、靜艙姿態(tài)傳感器、靜艙姿態(tài)控制器、動艙相對位置傳感器、解耦控制裝置、動艙相對位置控制器、動艙相對姿態(tài)控制器、動艙執(zhí)行機(jī)構(gòu)；當(dāng)動靜分離式衛(wèi)星平臺的靜艙與動艙解鎖分離時，姿態(tài)指令發(fā)生器分別向靜艙姿態(tài)控制器、動艙相對姿態(tài)控制器、動艙相對位置控制器發(fā)送姿態(tài)指令；靜艙姿態(tài)控制器根據(jù)姿態(tài)指令以及靜艙姿態(tài)傳感器測量得到的靜艙姿態(tài)信息，輸出靜艙姿態(tài)控制指令；動艙相對位置控制器根據(jù)姿態(tài)指令以及動艙相對位置傳感器測量得到的靜艙與動艙相對位置信息，輸出靜艙與動艙相對位置控制指令；解耦控制裝置根據(jù)靜艙姿態(tài)控制指令、靜艙與動艙相對位置控制指令，形成磁浮力器姿控力與磁浮力器位控力，并對姿控力與位控力解耦；其中，磁浮力器姿控力施加于靜艙且實(shí)現(xiàn)對靜艙姿態(tài)的主動控制，磁浮力器位控力作用于靜艙與動艙，實(shí)現(xiàn)對動艙位置的從動控制；動艙相對姿態(tài)控制器根據(jù)姿態(tài)指令以及動艙相對位置傳感器測量得到的靜艙與動艙相對位置信息，對動艙進(jìn)行姿態(tài)的從動控制，所述動艙執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成靜艙與動艙的整體的自適應(yīng)姿態(tài)控制。

優(yōu)選地，所述靜艙采用磁浮力器作為姿態(tài)主動控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，動艙采用化學(xué)推力器、電推力器、磁力矩器作為姿態(tài)從動控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，動艙與靜艙之間的相對位置保持采用磁浮力器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述磁浮力器姿控力與磁浮力器位控力都屬于磁浮力器的控制力，所述磁浮力器通過可調(diào)節(jié)電流線圈在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動產(chǎn)生的洛倫茲力進(jìn)行控制。

優(yōu)選地，所述動艙相對姿態(tài)控制器在動靜分離式衛(wèi)星平臺的靜艙與動艙的在軌鎖緊過程自適應(yīng)調(diào)整姿態(tài)控制參數(shù)。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：本發(fā)明可以應(yīng)用于動靜分離式衛(wèi)星平臺靜艙和動艙的姿態(tài)控制，使動靜分離式衛(wèi)星平臺的靜艙和動艙在兩艙解鎖和鎖緊過程中姿態(tài)控制穩(wěn)定，不發(fā)生衛(wèi)星姿態(tài)失控，在保證靜艙高精度指向與高穩(wěn)定度的同時，靜艙與動艙之間不發(fā)生碰撞。動靜分離式衛(wèi)星平臺可實(shí)現(xiàn)載荷指向精度、穩(wěn)定度分別高達(dá)10^-4度、10^-6度/秒的雙超控制，同時具有高帶寬低成本的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的示意圖。

具體實(shí)施方式

動靜分離式衛(wèi)星平臺主要由靜艙和動艙組成，靜艙上安裝有光纖陀螺、有效載荷、星敏感器、磁浮力器定子等安靜部件，動艙上安裝有太陽帆板及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)、化學(xué)推力器、電推力器、磁力矩器、貯箱、天線、磁浮力器動子等活動部件。靜艙和動艙這兩艙間通過非接觸磁浮力器實(shí)現(xiàn)動靜隔離。

下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

本發(fā)明為基于磁浮力器的高精度大帶寬無動量輪的衛(wèi)星控制系統(tǒng)包括姿態(tài)指令發(fā)生器、靜艙姿態(tài)傳感器、靜艙姿態(tài)控制器、動艙相對位置傳感器、解耦控制裝置、動艙相對位置控制器、動艙相對姿態(tài)控制器、動艙執(zhí)行機(jī)構(gòu)；當(dāng)動靜分離式衛(wèi)星平臺的靜艙與動艙解鎖分離時，姿態(tài)指令發(fā)生器分別向靜艙姿態(tài)控制器、動艙相對姿態(tài)控制器、動艙相對位置控制器發(fā)送姿態(tài)指令；靜艙姿態(tài)控制器根據(jù)姿態(tài)指令以及靜艙姿態(tài)傳感器測量得到的靜艙姿態(tài)信息，輸出靜艙姿態(tài)控制指令；動艙相對位置控制器根據(jù)姿態(tài)指令以及動艙相對位置傳感器測量得到的靜艙與動艙相對位置信息，輸出靜艙與動艙相對位置控制指令；解耦控制裝置根據(jù)靜艙姿態(tài)控制指令、靜艙與動艙相對位置控制指令，形成磁浮力器姿控力與磁浮力器位控力，并對姿控力與位控力解耦；其中，磁浮力器姿控力施加于靜艙且實(shí)現(xiàn)對靜艙姿態(tài)的主動控制，磁浮力器位控力作用于靜艙與動艙，實(shí)現(xiàn)對動艙位置的從動控制；動艙相對姿態(tài)控制器根據(jù)姿態(tài)指令以及動艙相對位置傳感器測量得到的靜艙與動艙相對位置信息，對動艙進(jìn)行姿態(tài)的從動控制，所述動艙執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成靜艙與動艙的整體的自適應(yīng)姿態(tài)控制。

所述系統(tǒng)中靜艙采用磁浮力器作為姿態(tài)主動控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，動艙采用化學(xué)推力器、電推力器、磁力矩器作為姿態(tài)從動控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，動艙與靜艙之間的相對位置保持采用磁浮力器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這樣能實(shí)現(xiàn)對靜艙姿態(tài)的主動控制。

所述動艙相對姿態(tài)控制器在動靜分離式衛(wèi)星平臺的靜艙與動艙的在軌鎖緊過程自適應(yīng)調(diào)整姿態(tài)控制參數(shù)，所述動艙執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成靜艙與動艙的整體的自適應(yīng)姿態(tài)控制，這樣能實(shí)現(xiàn)對動艙姿態(tài)的從動控制。

所述系統(tǒng)有效載荷位于衛(wèi)星平臺的靜艙，靜艙部分不含活動部件與大撓性部件，磁浮力器通過可調(diào)節(jié)電流線圈在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動產(chǎn)生的洛倫茲力進(jìn)行控制，這樣能實(shí)現(xiàn)對靜艙的高精度高帶寬控制。

所述系統(tǒng)平臺的活動部件及大撓性部件位于動艙，這樣能采用化學(xué)推力器、電推力器、磁力矩器作為動艙從動控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

所述系統(tǒng)衛(wèi)星平臺的在軌對地穩(wěn)態(tài)控制采用化學(xué)推力器、電推力器、磁力矩器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，快速姿態(tài)機(jī)動控制采用化學(xué)推力器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這樣能保證對動艙的控制帶寬與磁浮力器對靜艙的控制帶寬相匹配。

當(dāng)動靜分離式衛(wèi)星平臺的靜艙與動艙在軌鎖緊時，動艙相對姿態(tài)控制器可根據(jù)整體姿態(tài)傳感器測量得到的靜艙與動艙的整體的姿態(tài)信息，自適應(yīng)調(diào)整控制參數(shù)，對靜艙與動艙的整體進(jìn)行姿態(tài)控制。

動艙相對姿態(tài)控制器的自適應(yīng)功能是指能夠在對接式構(gòu)型或者內(nèi)含式構(gòu)型的質(zhì)心和慣量改變過程中，自適應(yīng)調(diào)整控制器的參數(shù)。所述對接式構(gòu)型，是指：動靜分離式衛(wèi)星平臺的靜艙與動艙不共質(zhì)心，靜艙與動艙在解鎖和鎖緊過程中，動靜分離式衛(wèi)星平臺質(zhì)心和轉(zhuǎn)動慣量均發(fā)生變化。所述內(nèi)含式構(gòu)型，是指：動靜分離式衛(wèi)星平臺的靜艙與動艙共質(zhì)心，靜艙與動艙在解鎖和鎖緊過程中，動靜分離式衛(wèi)星平臺質(zhì)心基本不變化，轉(zhuǎn)動慣量發(fā)生變化。

具體地，在動靜分離式衛(wèi)星平臺入軌后，為了實(shí)現(xiàn)靜艙的雙超模式，兩艙鎖緊裝置解鎖，兩艙分離，兩艙控制模式為靜艙主動，動艙從動的控制模式，這個過程中，動艙由最初的整星控制模式切換到僅控制動艙跟隨靜艙的模式，對此過程進(jìn)行姿態(tài)控制，以實(shí)現(xiàn)靜艙姿態(tài)的迅速收斂和雙超控制；在軌重復(fù)鎖緊解鎖的解鎖過程與初始解鎖過程一致，在軌鎖緊過程則與之相反，在此過程，靜艙和動艙由靜艙主動，動艙從動的控制模式切換到整星控制模式，對此過程進(jìn)行姿態(tài)控制，以實(shí)現(xiàn)雙超平臺整星姿態(tài)穩(wěn)定控制。兩種模式的切換過程，涉及質(zhì)心和慣量的改變，控制器參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。

動靜分離式衛(wèi)星平臺的姿態(tài)控制主要由姿態(tài)指令發(fā)生器101、靜艙姿態(tài)主動控制回路102、動艙姿態(tài)從動控制回路103以及動艙位置從動控制回路104組成；靜艙姿態(tài)主動控制回路102用于在動艙與靜艙解鎖時對靜艙的姿態(tài)進(jìn)行控制。

動靜分離式衛(wèi)星平臺入軌后，以及在軌鎖緊后重復(fù)解鎖后，靜艙與動艙解鎖分離，姿態(tài)指令發(fā)生器101分別對靜艙姿態(tài)主動控制回路102、動艙姿態(tài)從動控制回路103以及動艙位置從動控制回路104發(fā)出相應(yīng)的姿態(tài)指令。靜艙姿態(tài)控制器根據(jù)姿態(tài)指令以及靜艙姿態(tài)傳感器測量的姿態(tài)信息，相對位置控制器根據(jù)相對位置傳感器測量的相對位置信息，通過解耦分配形成磁浮力器姿控力與位控力，分別完成靜艙姿態(tài)主動控制以及動艙位置從動控制。

本發(fā)明可以解決動靜分離式衛(wèi)星平臺兩艙的姿態(tài)穩(wěn)定控制問題，保證動靜分離式衛(wèi)星平臺在軌正常工作，實(shí)現(xiàn)靜艙高精度和高穩(wěn)定度性能指標(biāo)。

以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。