[发明专利]新型磁浮作动器组合布局及高可靠冗余设计方法

说明书

本发明公开了一种新型磁浮作动器组合布局及高可靠冗余设计方法，对8台磁浮作动器组合进行布局设计，明确每台磁浮作动器的安装要求；建立指令控制力和力矩伪逆分配算法，实现三轴平动控制力和三轴转动控制力矩的解耦输出，满足双超卫星平台载荷舱姿态和两舱相对质心位置的解耦控制需求；通过对力和力矩分配矩阵秩的分析，得到磁浮作动器组合的冗余度，进而计算得到组合的可靠度。本发明实现高可靠三轴平动控制力和三轴转动控制力矩的解耦输出，满足双超卫星平台载荷舱姿态和两舱相对质心位置的解耦控制需求。

技术领域

本发明涉及一种具有超高指向精度、超高稳定度(双超)卫星平台载荷舱的复合控制技术，具体地，涉及新型磁浮作动器组合布局及高可靠冗余设计方法。

背景技术

未来先进航天器对姿态指向精度与稳定度的要求比目前水平高两个量级。传统采用载荷与平台固连式设计，两者动力学特性深度耦合，导致载荷双超指标难以实现，尽管采用主被动微振动抑制等方法取得了一定效果，但受限固连式设计的缺陷，双超指标难以实现。

“双超”卫星平台打破传统固连设计，采用非接触、高精度、无时延磁浮作动器实现仅安装安静部件的载荷(舱)与安装活动部件的平台(舱)分离，彻底消除微振动影响。改变传统以卫星平台为主的控制逻辑，首次采用“载荷舱主动，平台舱从动，两舱相对位置协同解耦控制”的全新方法，可实现载荷舱的双超精度。

磁浮作动器是一种新型航天器控制执行机构，是“双超”卫星平台的核心单机。多台组合工作提供三轴平动控制力和三种转动控制力矩，通过布局优化设计和冗余度分析，可获得极高的组合系统可靠度。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

针对高精度遥感卫星超高精度和超高稳定度控制需求，本发明的目的是提供一种新型磁浮作动器组合布局及高可靠冗余设计方法。

本发明具体通过以下步骤实现：

一种新型磁浮作动器组合布局及高可靠冗余设计方法，包括：

步骤1：明确每台磁浮作动器的安装要求，每台磁浮作动器输出两个正交控制力；从安装位置和二维输出力矢量方向多维角度，对8台磁浮作动器组合进行布局和可靠度提升冗余优化配置设计，8台作动器均垂直安装，安装支架统一，基于非接触、高精度、无时延磁浮作动器实现载荷(舱)与安装活动部件的平台(舱)分离，彻底消除微振动影响；

步骤2：建立指令控制力和力矩伪逆分配算法，实现三轴平动控制力和三轴转动控制力矩的解耦输出，满足双超卫星平台载荷舱姿态和两舱相对质心位置的解耦控制需求；

步骤3：通过对力和力矩分配矩阵秩的分析，得到磁浮作动器组合的冗余度，进而计算得到组合的可靠度，持续优化指导系统最优设计。

进一步地，所述步骤1对8台磁浮作动器组合进行布局设计，保证组合具备三轴控制力和力矩输出能力，给出8台磁浮作动器在卫星机械坐标系下的安装位置和安装角； 8台磁浮作动器在机械坐标系下的安装位置与输出力矢量方向如下表所示：

注：上表中“√”表示可输出该方向作用力，“×”表示不可输出该方向作用力。

进一步地，所述步骤2通过以下步骤建立指令控制力和力矩伪逆分配算法：

设指令控制力为F_cmd，指令控制力矩为T_cmd，有

其中F_i和T_i(i＝x,y,z)分别为三轴控制力和力矩。设8台磁浮作动器输出力为