[发明专利]一种分离式电磁力耦合卫星载荷指向操控方法

说明书

本发明涉及一种分离式电磁力耦合卫星载荷指向操控方法，卫星载荷和卫星本体不直接接触，隔离本体微振动，保证载荷的超静超稳；采用电磁音圈作动器进行姿态指向控制，无需消耗工质，可长期使用，宽带大，响应快速，通过调节电流大小可操控卫星载荷的姿态角，使姿态角达到期望值。实现了超静要求，提高了指向的稳定度。

技术领域

本发明涉及卫星载荷指向与控制领域，具体涉及到一种分离式电磁力耦合卫星载荷的超静指向操控问题，本发明提出了一种对载荷进行超静指向操控设计与控制的方法。

背景技术

卫星载荷指向技术是卫星的一个重要组成部分，在某些任务中起决定性作用。对于卫星载荷的超静指向要求，需要伺服机构提供小幅度高精度的控制力矩。传统的U型电机伺服指向控制，由于伺服电机摩擦力的存在，使得载荷的指向精度有限，同时伺服电机是一种扰动源，将微振动传递给卫星载荷，无法实现超静要求，而且影响指向的稳定度。传统的喷气机构可以提供大幅度脉冲力矩对载荷进行姿态控制，但是容易引起微振动，很难进行高精度指向，并且喷气执行机构要消耗工质，不适合长期工作。为了同时满足卫星载荷指向的高精度、高稳定度及超静要求，本发明提出了一种对载荷进行超静指向操控设计与控制的方法。

各种传统技术由于直接接触卫星载荷，容易引起载荷的微振动，极大地限制了卫星载荷指向的稳定度和精度。因此，在指向操控上，本发明采用了一种分离式电磁耦合的方法，卫星载荷和卫星本体不直接接触，隔离本体微振动，保证载荷的超静超稳；采用电磁音圈作动器进行姿态指向控制，无需消耗工质，可长期使用，宽带大，响应快速，可实现高精度和高稳定度。

发明内容

为了实现卫星载荷的超静指向操控，本发明利用若干分离式电磁音圈作动器对载荷进行三自由度的姿态精准操控，提高了卫星载荷的指向精度和稳定度，实现了超静要求。

为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：

一种分离式电磁力耦合卫星载荷指向操控方法，包括如下步骤：

S1将卫星-载荷连接体与卫星本体固连，若干分离式电磁音圈作动器磁铁部分固定在卫星载荷上，线圈部分与卫星-载荷连接体固定连接；在卫星载荷上安装用于测量载荷的实际姿态角的星敏感器；在卫星载荷上部安装镜筒，镜筒是空间光学系统中的常用部件，起着遮光、固定和支撑相机镜头的作用；

S2对卫星本体和卫星载荷分别进行动力学建模，得到卫星载荷的姿态角和卫星本体对卫星载荷的控制力矩的关系；

S3线圈通电，通过控制电流的大小，分离式电磁音圈作动器产生输出力，合成控制力矩，用于控制姿态角运动；

S4根据该分离式电磁音圈作动器的工作原理及其动力学模型设计控制方法，得到系统的控制算法框图，实现对卫星载荷的超静指向操控；

S5利用星敏感器测量姿态角，与期望的姿态角参考值比较，并将参考角位置与实际角位置的差值作为控制输入，进行补偿，当实际姿态角达到期望姿态角时，控制完成。

进一步的，所述步骤S1中，共采用八个分离式电磁音圈作动器，其中四个电磁音圈作动器沿卫星载荷轴线在载荷底部四个角处对称分布，另外四个作动器在卫星载荷侧面的中间位置处，沿载荷轴线以90°夹角安装。

进一步的，所述卫星-载荷连接体为U型结构，卫星载荷和电磁音圈作动器置于连接体之上。

进一步的，所述分离式电磁音圈作动器磁铁部分用螺栓安装在卫星载荷上，线圈部分与卫星-载荷连接体用螺栓连接；卫星载荷上的镜筒采用螺栓连接。

进一步的，所述步骤S2中，对卫星本体和卫星载荷分别进行动力学建模前，首先建立卫星载荷的参考坐标系用于对光轴的指向进行操控，八个作动器分为两组，底部安装的四个作动器控制载荷绕x轴和y轴的转动，侧面安装的四个作动器控制载荷绕z轴的转动。