[发明专利]一种超声电机驱动的超稳卫星平台及其控制方法

说明书

本发明公开了一种超声电机驱动的超稳卫星平台及其控制方法，超稳卫星平台包括柔性电缆以及通过所述柔性电缆相连接的载荷模块和调姿模块；载荷模块用于承载有效载荷，有效载荷对卫星平台具有稳定性要求；载荷模块包括载荷平台以及设置在载荷平台上的第一姿态敏感器、锁紧线圈组、第一无线收发模块；调姿模块用于对载荷模块进行姿态调整；调姿模块包括三自由度机械臂、直线型超声电机、旋转型超声电机、电磁电机、控制模块、第二无线收发模块；第二无线收发模块与第一无线收发模块进行无线通信。本发明能够完成载荷模块和调姿模块的大角度相对运动，实现了卫星平台的高精度指向和振动抑制。

技术领域

本发明涉及一种超声电机驱动的超稳卫星平台及其控制方法，属于卫星平台技术领域。

背景技术

随着高分辨率光学载荷、深空望远镜、星间激光通信等航天活动的不断发展，航天器携带的高性能载荷对指向精度和姿态稳定度的要求越来越高，因此对航天器微振动的隔离技术提出了更高的要求。

目前，卫星的隔振技术根据隔振平台接口的刚度主要分为两类：

1.硬连接隔振。硬连接隔振系统主要包括无源的被动隔振系统和使用驱动器、传感器组成的主动隔振系统，其中驱动器主要包括压电驱动器、音圈驱动器和磁致伸缩驱动器。硬连接隔振具有以下缺点：首先，无源的被动隔振不能有效地隔离低频振动；其次，主动隔振受传感器测量精度以及驱动器定位精度的影响，难以实现高稳定性的振动隔离以及高精度的指向功能；再次，由于受驱动器行程的影响，隔振平台不能实现大角度、大位移的指向；最后，由于主动隔振需要不断的进行振动隔离，因此需要消耗大量的电能，对于在轨卫星来说，电能主要来自太阳能帆板，大量的电能消耗会影响卫星的主要任务。

2.软连接隔振。软连接隔振系统通过非接触驱动器和非接触传感器将卫星分为互不接触的载荷部分和支持部分，因此，能够将支持模块产生的干扰隔离至零频，软连接主要包含DFP(Disturbance-Free Payload，无干扰有效载荷)系统和双体卫星隔振系统。由于非接触传感器获得的测量信息用于驱动支持模块上的执行机构，因此软连接隔振系统的隔振性能不受传感器精度的影响。但是，由于非接触执行器的行程小，因此支持模块的运动需要跟随载荷模块的运动，当载荷模块进行快速机动时，支持模块也要进行快速机动，这就需要在支持模块上安装具有大力矩能力的执行机构，这无疑增加了控制系统的复杂程度以及航天器的能量消耗。

由此，目前急需一种能够解除非接触执行器行程的限制、实现载荷模块和支持模块大角度相对运动的机构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种超声电机驱动的超稳卫星平台及其控制方法，以解决现有技术存在的问题，能够实现载荷模块和调姿模块的大角度相对运动。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种超声电机驱动的超稳卫星平台，包括柔性电缆以及通过所述柔性电缆相连接的载荷模块和调姿模块；

所述载荷模块包括载荷平台以及设置于载荷平台上的第一姿态传感器、锁紧线圈组、第一无线收发模块，锁紧线圈组、第一姿态传感器分别与第一无线收发模块电连接；所述载荷平台用于承载有效载荷，载荷平台的底部中间有一半球形凹坑，且半球形凹坑的球心与载荷平台底面中心位于同一平面上，锁紧线圈组设置于半球形凹坑内壁上；

所述调姿模块包括三自由度机械臂、直线型超声电机、旋转型超声电机、电磁电机、控制模块、第二无线收发模块，直线型超声电机、旋转型超声电机、电磁电机、第二无线收发模块分别与控制模块电连接，三自由度机械臂顶端设有半球形铁球，底端与旋转型超声电机相连，旋转型超声电机与电磁电机相连，直线型超声电机设置于三自由度机械臂上，三自由度机械臂上还设有第二姿态传感器、非接触位置传感器，第二姿态传感器、非接触位置传感器分别与控制模块连接，第二无线收发模块与第一无线收发模块进行无线通信；