[发明专利]大型单轴气浮台半物理仿真系统及其工作方法

说明书

一种大型单轴气浮台半物理仿真系统，能够使X轴姿态控制、Y轴姿态控制、Z轴姿态控制分别独立进行，通过充分试验优化完善各轴控制算法和控制参数，结构简单，能够快速验证姿态控制系统的控制能力。其包括：单轴气浮台（1）、转动平台（2）、调平装置（3）、电池盒（4）、PCU电源盒（5）、姿态控制盒（6）、星务盒（7）、陀螺仪盒（8）、磁强计盒（9）、水平仪（10）、脚垫（11）、主控飞轮（12）、转接板（121）、配重块（13）、配平槽口片（14）、配平装置。还有工作方法。

技术领域

本发明涉及航天器地面半物理仿真的技术领域，尤其涉及一种大型单轴气浮台半物理仿真系统，以及这种大型单轴气浮台半物理仿真系统的工作方法。

背景技术

姿态控制分系统主要由姿态调整执行机构（飞轮和磁力矩器）、姿态敏感器（太敏、星敏、陀螺仪、磁强计等）以及相应的姿态处理器组成；通过姿态敏感器获取当前空间飞行器的位置信息，再通过控制处理器控制姿态调整执行机构运动到目标位置；姿态控制分系统是确保空间飞行器在轨寿命和任务效能的核心关键组件，在在轨飞行之前，进行充分的地面试验验证对于整个任务的成败至关重要。而空间飞行器的工作环境是无重力环境，为了能够在地面实现微重力、低摩擦的试验环境，需在地面搭建空间飞行器半实物仿真试验平台，实现空间三自由度的空间运动。

实现三自由度空间运动在现有的技术上通常以三轴气浮台为基础，搭配自动调平系统，然而三轴气浮台的调平难度大、调平时间长，且制作成本高，不利于快速验证姿态控制系统的控制能力。现有的三轴气浮台由三轴气浮装置、三轴调平装置、安装平台、控制系统组成，三轴调平装置需要调整质心与转动的球心重合；调平的时候同时调整水平和垂直方向的平衡，并与位置传感器配合，增加或者减少配平的质量，该过程时间久，干扰大；只能达到大概的平衡，再通过飞轮配合减少干扰力矩，才能够基本保持平衡，中间涉及控制算法的调整，增加操作难度；不利于快速验证姿态控制。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种大型单轴气浮台半物理仿真系统，其能够使X轴姿态控制、Y轴姿态控制、Z轴姿态控制分别独立进行，单独验证一个飞轮的控制算法和控制参数，通过充分试验优化完善一个飞轮的控制算法和控制参数，结构简单，操作难度大大减小，能够快速验证姿态控制系统的控制能力。

本发明的技术方案是：这种大型单轴气浮台半物理仿真系统，其包括：单轴气浮台（1）、转动平台（2）、调平装置（3）、电池盒（4）、PCU电源盒（5）、姿态控制盒（6）、星务盒（7）、陀螺仪盒（8）、磁强计盒（9）、水平仪（10）、脚垫（11）、转接板（121）、配重块（13）、配平槽口片（14）、配平装置；

所述转动平台安装在单轴气浮台上；被检测的主控飞轮（12）通过转接板安装在转动平台的一侧，用于控制转动平台旋转；所述调平装置安装在转动平台的侧面，调平装置一共4个，安装在转动平台的4个侧面，所述电池盒安装在转动平台上；所述PCU电源盒安装在电池盒对侧，并与电池盒相连，所述PCU电源盒对电池盒的电源进行分配，给姿态控制盒、星务盒、陀螺仪盒、磁强计盒、以及主控飞轮供电；所述姿态控制盒位于PCU电源盒左侧，用于控制PCU电源分配，控制主控飞轮运行，控制星务盒与地面站通信，处理陀螺仪盒和磁强计盒所采集的数据；所述星务盒位于姿态控盒左侧，与地面通信；所述陀螺仪位于星务盒对侧，用于检测转动平台的位置信息；所述磁强计位于转动平台的中间区域，用于检测磁场参数；所述水平仪有两个，位于转动平台的侧边；所述脚垫位于转动平台下方；所述配重块安装在转动平台下方；所述配平槽口片一共4个，均布在转动平台背面，与配平装置配合完成转动平台的基本调平。