[发明专利]一种基于磁浮作动器的气浮台干扰力矩模拟方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于磁浮作动器的气浮台干扰力矩模拟方法及系统，利用电流控制高精度大带宽的特点，通过将等效干扰力矩转化为线圈中的控制电流，和磁场相互作用产生干扰力实现对不同频率和不同幅值振动源的模拟，包括如下步骤：1)对模拟卫星的干扰源进行傅里叶分析，确定气浮台试验中需要施加干扰力矩的幅值和频率；2)根据磁浮作动器的安装位置和步骤1中计算得到的需要施加的干扰力矩特性，计算不同频率下磁浮作动器作用力；3)根据输出力的特性，计算不同频率对应的电流幅值，并通过电流发生器输出到磁浮作动器线圈，和固定的匀强磁场作用产生需要的干扰力矩。本发明解决了在气浮台试验中模拟随机干扰力矩的问题。

技术领域

本发明涉及卫星全物理试验领域，具体地，涉及一种基于磁浮作动器的气浮台干扰力矩模拟方法及系统。

背景技术

随着航天器规模和功能越来越复杂，需要配置大型的挠性附件和转动机构，如太阳帆板、天线、遮光罩、控制力矩陀螺等，在卫星姿控系统设计过程中需要考虑和挠性附件、转动部件的振动耦合，防止在姿态机动和稳定控制过程中，出现共振，导致卫星姿态震荡甚至失稳。气浮台试验能够模拟卫星在轨动力学和运动学特性，发现姿控算法设计缺陷。为准确反映挠性和转动部件的影响，需要对太阳帆板、运动部件产生的不同频率和幅值的干扰力矩进行模拟。

李季苏等在文献《挠性附件卫星物理仿真技术及试验研究》(控制工程,1994,2:21-28)中描述了通过增加挠性附件缩比等效件来模拟帆板振动，这种方法能够充分验证姿控系统和帆板振动的耦合作用，但因为采用缩比模型，不能够1:1的反映挠性振动情况，且很难对0.1Hz以下的频率进行模拟。

专利文献CN108803376A公开了“适用于三轴气浮台全物理仿真的液体晃动力矩模拟系统”，提出通过控制力矩陀螺群输出控制力矩来模拟液体晃动产生的干扰力矩，这种方法在一定范围内能够很好地模拟卫星液体晃动的干扰特性，但受限于控制力矩陀螺群的响应带宽和最大输出力矩。

专利文献CN101497374A公开了“用飞轮等效模拟柔性附件振动对卫星产生干扰力矩的方法”，提出使用2台飞轮等效卫星柔性附件对卫星姿态控制性能的影响，这种方法在一定范围内能够很好地模拟柔性附近的干扰特性，但受限于飞轮的响应带宽和最大输出力矩。

本发明基于电磁原理，利用电流控制高精度大带宽的特点，通过将等效干扰力矩转化为线圈中的控制电流，在磁场中产生干扰力实现对不同频率和不同幅值振动源的模拟。这种方案能够对常值干扰、不同频率时变干扰进行模拟。

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基于磁浮作动器的气浮台干扰力矩模拟方法及系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于磁浮作动器的气浮台干扰力矩模拟方法，包括：

步骤1：模拟卫星的振动源进行傅里叶分析，确定气浮台试验中需要施加的干扰力

矩的幅值和频率；

步骤2：根据磁浮作动器的安装位置和步骤1中计算得到的需要施加的干扰力矩的幅值和频率，计算不同频率下磁浮作动器作用力；

步骤3：根据磁浮作动器作用力，计算不同频率对应的电流幅值，并通过电流发生器输出到磁浮作动器线圈，和固定的匀强磁场作用产生需要的干扰力矩。优选地，在所述步骤1中，根据卫星设计以及试验数据通过傅里叶变换计算得到常值干扰力矩A₀、帆板振动产生的干扰力矩频率f₁和幅值A₁、飞轮产生的干扰力矩频率f₂和幅值A₂、天线驱动产生的干扰力矩频率f₃和幅值A₃、环境干扰力矩频率f₄和幅值A₄，从而得到干扰力矩的信号形式为：

d₁＝A₁ cos(2πf₁t)，