[发明专利]双超卫星动力学与控制气浮平台全物理仿真方法

说明书

本发明提供了一种新型双超卫星动力学与控制气浮平台全物理仿真方法，包括如下步骤：抵消两舱的重力，模拟失重环境，实现各自舱段在平面内二自由度平动和一自由度转动；利用运动测量系统，获取载荷舱的姿态和两舱间相对姿态和质心相对位移信息；利用载荷舱控制器，根据陀螺测量信息，实现载荷舱稳定控制；利用平台舱控制器，根据测量相对姿态输出控制指令，通过反作用飞轮实现平台舱跟随载荷舱姿态控制；利用两舱协同控制器，根据测量相对位移信息输出控制指令，保证载荷舱运动期间不与平台舱发生碰撞；建立非接触式执行机构力和力矩分配模型，联合三环路稳态控制器的指令控制力和力矩，根据分配矩阵指令力和力矩分配到每一路磁浮作动器。

技术领域

本发明涉及具有超高指向精度、超高稳定度卫星平台载荷舱的复合控制技术，具体地，涉及双超卫星动力学与控制气浮平台全物理仿真方法。

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。

超高指向精度、超高稳定度(双超)卫星平台打破传统固连设计，采用非接触、高精度、无时延位移传感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。

为了对上述控制方案进行地面试验验证，目前较好的方案即气浮平台双三自由度全物理仿真方案。能对三个控制环路全覆盖，同时经济成本较低，易于实施。

公开号为108045600A的发明专利公开了一种双超卫星平台载荷舱复合控制方法，包括如下步骤：步骤1，控制载荷舱的姿态；步骤2，控制平台舱的姿态；步骤3，调节平台舱与载荷舱的相对位置；步骤4，根据载荷舱的姿态信息，调整载荷舱的姿控系统带宽，使载荷舱姿态收敛。本发明的积极进步效果在于，本发明通过双超平台主从协同控制、载荷舱干扰补偿控制及变带宽控制方法，提高载荷舱稳态时间及稳态精度。

但是上述专利未明确双超复核控制技术的地面验证方法，仅通过理论推导和数学仿真加以佐证，缺少全物理试验验证。本专利提出一种气浮平台全物理仿真方法，可以，通过气浮的方式抵消重力，模拟空间失重环境，对两舱转动控制和两舱间平动控制均可进行试验验证。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双超卫星动力学与控制气浮平台全物理仿真方法。

根据本发明提供的一种双超卫星动力学与控制气浮平台全物理仿真方法，包括如下步骤：

步骤1：通过气浮的方式抵消两舱的重力，模拟失重环境，实现各自舱段在平面内二自由度平动和一自由度转动；

步骤2：利用运动测量系统，获取载荷舱的姿态和两舱间相对姿态和质心相对位移信息；

步骤3：利用载荷舱控制器，根据陀螺测量信息，通过磁浮作动器实现载荷舱稳定控制；

步骤4：利用平台舱控制器，根据测量相对姿态输出控制指令，通过反作用飞轮实现平台舱跟随载荷舱姿态控制；

步骤5：利用两舱协同控制器，根据测量相对位移信息输出控制指令，保证载荷舱运动期间不与平台舱发生碰撞；

步骤6：建立非接触式执行机构力和力矩分配模型，联合三环路稳态控制器的指令控制力和力矩，根据分配矩阵指令力和力矩分配到每一路作动器。

优选地，所述步骤1中，通过气浮的方式能够保证平动和转动的干扰微小，可视为自由运动状态；

两舱均通过气足放置于气浮平台上，通过气浮可实现二维平动和一维转动，即双三自由度；