[发明专利]基于液体回路的陀螺力矩产生装置及卫星姿态控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体控制力矩陀螺的装置及卫星姿态控制方法。

背景技术

现有控制力矩陀螺的系统中，陀螺转子需要通过支承装置安装在陀螺框架上。支承装置负担了陀螺转子的高速自转，并且陀螺力矩都通过支承装置传递至载体。高速自转、大输出力矩以及工作寿命对陀螺支承装置的要求很高。滚珠轴承是最常见的一种支承装置，但是由于滚珠与轴承架之间存在摩擦，而在真空环境下无法进行良好的散热和润滑，使得滚珠轴承乃至整星的工作寿命受到很大的影响。磁悬浮轴承因其不接触性具有响应优点，但是磁悬浮轴承的控制存在负刚度造成的本质不确定和模型不确定性问题，电磁场的非线性特性也导致了复杂的控制模型与不可避免的模型误差，磁悬浮轴承在太空中还易受太空辐射影响，严重阻碍其发展与应用的。

发明内容

本发明是为了解决现有采用滚珠轴承方法控制力矩陀螺由于其散热性差、润滑性差导致的滚珠轴承和整星的安全性差、工作寿命短，以及采用磁悬浮轴承方法控制力矩陀螺由于易受太空辐射影响整星姿态控制效果差的问题，从而提供了一种基于液体回路的陀螺力矩产生装置及卫星姿态控制方法。

基于液体回路的陀螺力矩产生装置，它包括环形刚性管路、一号电机、二号电机、连接管和流体泵，环形刚性管路环绕在卫星本体的外侧，且所述环形刚性管路的圆心与卫星本体的中心重合；环形刚性管路的直径大于卫星本体的体面对角线的长度；

以卫星本体的中心为原点建立三维直角坐标系OXYZ；一号电机位于OZ轴的正半轴上，所述一号电机的定子固定在卫星本体上；所述一号电机的力矩输出轴用于驱动二号电机的定子以OZ轴为轴线做旋转运动，二号电机的力矩输出轴的轴线O`Y`与OY轴平行；所述二号电机的力矩输出轴用于驱动环形刚性管路以所述轴线O`Y`为轴线做旋转运动；

连接管位于OZ轴的正半轴上，所述连接管用于连通环形刚性管路与卫星本体内的储液器；环形刚性管路内充有工质液体流；流体泵设置在环形刚性管路上，用于驱动环形刚性管路内的工质液体流流动；

一号电机的力矩输出轴用于驱动所述连接管和环形刚性管路同步以OZ轴为轴线做旋转运动，该连接管与环形刚性管路的连接处和二号电机的定子固定连接。

卫星姿态控制方法：

在环形刚性管路内充入工质液体流，在环形刚性管路内形成液体回路；

采用流体泵控制液体回路产生沿X轴方向的角动量；

采用二号电机驱动环形刚性管路控制力矩陀螺沿Y轴方向转动，产生沿Z轴方向的陀螺力矩；

采用一号电机驱动环形刚性管路控制力矩陀螺沿Z轴方向转动，产生沿-Y方向的陀螺力矩；

采用二号电机驱动环形刚性管路控制力矩陀螺沿-Y轴方向转动，产生沿-Z轴方向的陀螺力矩；

采用一号电机驱动环形刚性管路控制力矩陀螺沿-Z轴方向转动，产生沿Y方向的陀螺力矩；

通过流体泵控制环形刚性管路中的工质液体流转速变化，当工质液体流转速的加速度沿X轴方向时，则产生沿X轴方向的力矩；当工质液体流转速的加速度沿-X轴方向时，则产生沿-X轴方向的力矩；

从而实现卫星姿态的三轴控制。

基于液体回路的陀螺力矩产生装置，它包括一号环形刚性管路、二号环形刚性管路、三号电机、四号电机、连接管和两个流体泵，一号环形刚性管路和二号环形刚性管路均环绕在卫星本体的外侧，且所述一号环形刚性管路的圆心和二号环形刚性管路的圆心均与卫星本体的中心重合；一号环形刚性管路的直径大于卫星本体的体面对角线的长度；二号环形刚性管路的直径大于一号环形刚性管路的直径；两个流体泵分别设置在一号环形刚性管路和二号环形刚性管路上，分别用于控制一号环形刚性管路和二号环形刚性管路内流体的流速；

以卫星本体为中心建立三维直角坐标系OXYZ；三号电机位于OZ轴的正半轴上，所述三号电机的定子与卫星本体固定连接，三号电机的转矩输出轴用于驱动一号环形刚性管路转子绕OZ轴旋转；四号电机位于OY轴正半轴上，四号电机的定子与一号环形刚性管路固定连接，所述四号电机的转矩输出轴用于驱动二号环形刚性管路绕OY轴旋转；

连接管位于OZ轴的正半轴上，所述连接管用于连通一号环形刚性管路与卫星本体内的储液器；二号环形刚性管路与一号环形刚性管路连通；一号环形刚性管路和二号环形刚性管路内充有工质液体流；三号电机的力矩输出轴通过连接管固定在一号环形刚性管路上。