[发明专利]一种三轴气浮台控制过程中的动态调平系统及动态调平方法

说明书

本发明公开了一种三轴气浮台控制过程中的动态调平系统及动态调平方法，系统包括自动平衡装置、反作用飞轮、控制计算机、通信系统。动态调平方法包括无线局域网搭建、姿态数据信息传送、控制指令解算、动态干扰力矩估计与补偿、数据储存等步骤。本发明首次将反作用飞轮用于三轴气浮台的平衡调节，通过反作用飞轮对动态干扰力矩大小进行高精度估计，根据误差姿态角和右手定则原理判断动态干扰力矩方向。最后利用自动平衡装置实时补偿干扰力矩，实现三轴气浮台的高精度控制，同时提升了三轴气浮台的抗干扰能力与环境适应能力。有利于进行高置信度的航天器地面半物理仿真实验，确保航天器入轨后顺利完成指定任务。

技术领域

本发明属于航天器地面半物理仿真技术领域，尤其涉及一种三轴气浮台控制过程中的动态调平系统，同时还涉及一种三轴气浮台控制过程中的动态调平方法。

背景技术

三轴气浮台是重要的航天器地面半物理仿真设备，可以对航天器姿态控制，航天器交会对接等进行高置信度的仿真。干扰力矩是限制气浮台使用的重要因素，随着半物理仿真技术的不断发展，气浮台的调平技术从开始的手动调节转变为了自动调节。现阶段大部分气浮台的干扰力矩补偿都依靠自动平衡系统完成，但仅局限于补偿气浮台正常控制前的干扰力矩，对在气浮台控制过程中产生的动态干扰力矩没有系统补偿方案，使得气浮台的控制精度难以得到较大的提升。

三轴气浮台在实际控制过程中，由于外界气流干扰、震动等因素会使原已重合的旋转中心与质心产生偏离，进而产生动态时变的干扰力矩。容易导致反作用飞轮转速饱和、气浮台控制精度降低甚至失控等问题。显而易见，传统的自动调平衡方案无法对动态时变的干扰力矩进行补偿，这极大的降低了气浮台的环境适应能力，限制了三轴气浮台的使用。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种三轴气浮台控制过程中的动态调平系统，本发明的另一目的是提供一种三轴气浮台控制过程中的动态调平方法。以实现对三轴气浮台在控制过程中产生的动态干扰力矩进行实时估计和补偿，提高提高三轴气浮台的控制精度，同时提高气浮台的环境适应能力。

技术方案：本发明所述的一种三轴气浮台控制过程中的动态调平系统，包括：

姿态测量系统，包括各类姿态传感器，其分布于气浮台体上，完成气浮台台体的姿态测量；

姿态控制系统，包括姿态控制执行机构和控制计算机；所述姿态控制执行机构包括反作用飞轮、冷气推力器以及X轴、Y轴、Z轴方向上的自动平衡装置，所述自动平衡装置包括步进电机、质量块与丝杆，所述步进电机转动时带动丝杆转动，进而移动质量块；所述控制计算机负责地面控制台和气浮台之间的通信和数据处理；

通信系统，用于气浮台及地面控制台之间的数据通信；

地面控制台，通过所述通信系统将操作指令传输至控制计算机，同时也接收显示控制计算机传输过来的气浮台的状态数据；

所述姿态控制系统通过反作用飞轮输出力矩的大小估计动态干扰力矩的大小，通过误差姿态角和右手定则原理判断动态干扰力矩的方向，最后通过步进电机的转动带动质量块移动，实现对动态干扰力矩的实时补偿。

进一步的，所述姿态传感器包括陀螺、倾角计、视觉测量系统；所述视觉测量系统以非接触方式对气浮平台的姿态进行测量，并将数据提供给控制计算机。

一种基于所述动态调平系统的三轴气浮台控制过程中的动态调平方法，包括如下步骤：

(1)动态干扰力矩大小判断：姿态敏感器采集带时间标签的气浮台实际姿态角和姿态角速度信息，控制计算机根据姿态敏感器采集的姿态信息，解算出的控制指令力矩，反作用飞轮执行该控制指令力矩，以加速或减速飞轮转子的形式来实现反作用飞轮力矩的输出，根据反作用飞轮实际输出力矩，估计动态干扰力矩大小；

(2)动态干扰力矩方向判断：根据误差姿态角和右手定则原理判断动态干扰力矩方向；步骤(2)具体包括如下内容：