[发明专利]卫星旋转部件动静不平衡干扰力矩自补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于航天器姿态控制技术领域，涉及一种带旋转部件的卫星消除旋转部件动静不平衡干扰力矩的方法。

背景技术

随着现代卫星应用领域的不断拓展，星上载荷，特别是探测应用类载荷，对转动机构的需求越来越大，星上的旋转部件越来越多，旋转部件的惯量要求越来越大，转速要求也越来越快。

星上旋转部件在转动时会形成旋转轴轴向的干扰力矩和干扰角动量，可以通过在卫星星体上配置平衡轮，通过同步反向旋转的方式进行抵消。但旋转部件的质心偏差和质量分布不均，在旋转部件快速旋转时会在旋转面内产生动静不平衡干扰(静不平衡干扰和动不平衡干扰)。

如图1(a)和图1(b)所示，旋转部件绕旋转轴z’z”轴旋转，旋转角速度为ω₀。O_c为整星质心，以O_c为原点建立旋转部件基准坐标系O_cXYZ，O_cZ轴与旋转轴z’z”平行，O_cX轴在与O_cZ轴垂直的平面内，指向旋转部件的零位方向，O_cY轴与其它两轴符合右手定则，坐标系O_cXYZ不随旋转部件转动。

理想情况下，旋转部件质量分布均匀，且质心处于旋转轴上(图1中O_x点)，不会产生静不平衡干扰和动不平衡干扰。

实际旋转部件的质心偏离O_x点，但与O_x点处于同一旋转面内，等效于在距离O_x点r_s处存在一个质量为m_s的质量块，如图1(a)所示。在旋转部件旋转时，m_s产生向心力F_s，作用与整星质心O_c，产生静不平衡干扰力矩T_s，其大小为：

T_s＝F_s·r_sc＝m_sω²r_s·r_sc

T_s处于O_cXY面内，方向随旋转部件旋转而周期变化，在旋转部件处于零位状态时，T_s与O_cX的夹角定义为α₀。

同时旋转部件沿旋转轴方向质量分布不均，等效于在距离O_x点h处的上下两个旋转面内，相对于O_x点对称位置处(与旋转轴距离r_d)各存在一个质量为m_d的质量块，如图1(b)所示。在旋转部件旋转时，两质量块产生的一对离心力F_d形成动不平衡干扰力矩T_d，其大小为：

T_d＝F_d·2h＝m_dω²r_d·2h

T_d处于O_cXY面内，方向随旋转部件旋转而周期变化，在旋转部件处于零位状态时，动不平衡干扰力矩T_d与的夹角定义为β₀。

静不平衡干扰力矩和动不平衡干扰力矩叠加后形成动静不平衡干扰力矩T_sd。根据T_s和T_d的特性可知，T_sd的大小定义为A，当T_s与T_d方向一致时，A取最大值为(m_sr_sr_sc+2m_dr_dh)ω²；T_sd同样处于O_cXY面内，方向随旋转部件旋转而周期变化，在旋转部件处于零位状态时，T_sd与O_cX的夹角定义为γ₀(-180°≤γ₀≤180°)。