[发明专利]太阳能电池阵动态测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种太阳能电池技术领域的装置，具体是一种用于卫星平台的太阳能电池阵动态测量系统。

背景技术

大型太阳能电池阵转动惯量大，运行时可能会对航天器姿态产生不利影响，反过来影响星载设备的性能。因此美国国家研究理事会在《新世纪太空技术》报告中将“在失重条件下使各种柔性结构、天线和望远镜保持稳定”列为影响太空探索的六大关键技术之一。在卫星中，典型的大型太阳能电池阵是太阳能电池阵。

卫星的能源主要来自太阳能电池阵，在卫星运行过程中，太阳能电池阵将通过电机驱动机构完成对日定向。譬如采用高自定位扭矩步进电机来驱动太阳能电池阵，使太阳能电池阵电池面始终朝向太阳，以保证卫星平台得到所需的能源。

由于太阳能电池阵展开后具有较大转动惯量，在运行中会对卫星姿态产生明显影响。太阳能电池阵两翼展开可达十余米，在驱动机构作用下运行产生的干扰扭矩可能会改变卫星平台姿态或使其产生振动，而卫星平台姿态的变化和产生的振动不但会影响星载设备工作，而且会造成驱动结构疲劳破坏，导致系统性能下降甚至失效，直接威胁航天结构的安全。在某些卫星上采用了不对称太阳能电池阵，在这种情形下太阳能电池阵的影响就更复杂了。

解决该问题，首先要在设计阶段对卫星进行优化设计，通过对太阳能电池阵运行过程中产生的力、扭矩和动量矩等动态参数的测量，为卫星优化设计提供参数依据。之所以采用测量方法是因为理论分析无法精确计算出太阳电池阵产生的影响。

为了测量驱动机构对安装平面产生的力和扭矩，需要测量驱动机构有效载荷量(质量、质心、转动惯量、转速等)以及驱动机构安装面的动态特性(力、扭矩、动量矩)。其中有效载荷量测量系统有成熟的产品，如美国航空航天设备主要制造商Space Electronics和孝感试验检测设备厂均有相关产品，许多航天单位已经配备。

动态参数测量系统要在模拟太阳电池阵旋转和振动的情形下测量驱动机构对安装平面产生的力和扭矩，是一种航天专用的测量系统。虽然在中巴地球资源卫星仿真中曾研制过太阳能电池阵一次扭转频率和等效惯量模拟器，进行过绕卫星俯仰轴的轮控试验，但主要用于分析太阳能电池阵和驱动机构的谐振问题。

经过对现有技术的检索发现，文章《带大惯量负载的空间驱动机构运动特性分析》(庞微南京航空航天大学)中提到了一种应用ADAMS软件对大惯量负载空间驱动机构进行建模和运动分析的方法，并给出了一定条件下的仿真结果。但是该现有技术只适用于理论分析，不能包括现实卫星太阳能电池阵动态影响的地面模拟中由于机械加工和安装等造成的影响，而且仅通过理论分析，不将测量手段应用于整个卫星太阳能电池阵动态影响的地面模拟系统中进行实际的试验不能保证结果的正确性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种太阳能电池阵动态测量系统。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：数据采集模块、测量控制模块、驱动机构控制及通讯模块、模拟负载机械组建模块和专用机械接口工装，其中：数据采集模块与测量控制模块相连接并传输测量控制模块测得的电压数据，测量控制模块与驱动机构控制及通讯模块相连接并传输驱动命令，专用机械接口工装与数据采集模块和驱动机构控制及通讯模块相连接，模拟负载机械组建模块与驱动机构相连接实现太阳能电池阵的模拟。

所述的模拟负载机械组建模块包括：模拟负载、支架、驱动机构支撑平台和底座，其中：模拟负载安装于支架上通过法兰与驱动机构连接，支架和驱动机构支撑平台安装于地面纯钢制成的底座上。

所述的模拟负载为45#钢材质的对称圆盘，其绕中心转动惯量为78KG＊m²，用来模拟太阳能电池阵的转动惯量。

所述的驱动机构支撑平台包括：钢制支架和垫板，其中：钢制支架固定于地面纯钢底座上，垫板固定于支架上，不同的垫板适用于不同的驱动机构使驱动机构轴心与负载轴系中心保持一致。

所述的专用机械接口工装包括：传感器上板和传感器下板，其中：传感器下板连接驱动机构垫板与传感器，传感器下板连接传感器与驱动机构。上下两板均按照不同的驱动机构设计螺孔。

所述的驱动机构控制及通讯模块包括：驱动机构、驱动机构控制块以及通讯接口，其中：驱动机构安装于专用机械接口工装的传感器上板上，驱动机构控制块安装于系统底座上并通过数据电缆与驱动机构相连接，通讯接口安装于驱动机构控制模块上并通过RS-232传输数据线与工控机相连。

所述的驱动机构，负责驱动太阳能电池阵工作，驱动机构的种类繁多，驱动机构由驱动机构控制块控制。