一种超精超稳超敏捷控制在轨验证方法技术

一种超精超稳超敏捷控制在轨验证方法，首先确定超精超稳超敏捷控制在轨验证的功能和性能指标要求，并根据要求设计在轨验证方法所需的硬件和软件部分，并将其组装成在轨验证系统，然后通过地面测试结果验证超精超稳超敏捷控制的功能性能要求，完善在轨验证方法在轨测试流程与方案，完成在轨测试结果验证超精超稳超敏捷控制效果。本发明专利技术为航天器超精超稳超敏捷控制的在轨验证提供一套切实可行的验证方案，并通过地面试验测试验证了其功能和性能指标要求，具有很好的使用价值。

An ultra precision and ultra stable and super agile control on orbit verification method

A method for on-orbit verification of ultra-precision, ultra-stability and ultra-agile control is presented. Firstly, the function and performance requirements of on-orbit verification of ultra-precision, ultra-stability and ultra-agile control are determined. According to the requirements, the hardware and software parts required for on-orbit verification method are designed and assembled into on-orbit verification system. Then, the ultra-precision and ultra-stability are verified by ground test results. Functional performance requirements of ultra-agile control, improve on-orbit verification method on-orbit testing process and program, complete on-orbit testing results to verify the effect of ultra-precision ultra-stable ultra-agile control. The invention provides a feasible verification scheme for on-orbit verification of super-precision, super-stability and super-agile control of spacecraft, and verifies its functional and performance requirements through ground test, which has good application value.

【技术实现步骤摘要】
一种超精超稳超敏捷控制在轨验证方法
本专利技术属于航天器控制领域，涉及一种超精超稳超敏捷控制在轨验证方法。
技术介绍
未来高性能航天器提出了三超(超高精度、超高稳定度、超敏捷)控制的需求，目前仅基于卫星姿态控制的单级控制技术已经难以满足要求，为此，提出航天器超精超稳超敏捷控制多级复合控制方法。在原有姿态控制系统基础上增加了具有振动隔离、扰振抑制和精确指向调节的三超(超精超稳超敏捷)平台，通过三超平台的被动隔振控制，实现高频抖动隔离，通过三超平台的主动控制实现载荷光轴的高精度高稳定度指向控制。基于此，为突破三超平台关键技术，实现三超平台工程化样机在轨应用及三超控制应用效果评估，提出一种超精超稳超敏捷控制在轨验证方法，实现三超控制技术的在轨试验验证。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：针对航天器超精超稳超敏捷控制在轨验证的问题，提出了一种超精超稳超敏捷控制在轨验证方法，设计在轨验证系统的软硬件部分，最终通过在轨试验测试流程和方案设计，验证“三超”控制指标。本专利技术的技术解决方案是：一种超精超稳超敏捷控制在轨验证方法，包括如下步骤：(1)确定超精超稳超敏捷控制在轨验证所需的功能和性能指标；性能指标要包括待验证三超作动控制平台、三超作动控制单元的控制性能指标，待验证三超作动控制平台、三超作动控制单元、星体安装板、第一测微陀螺安装、第二测微陀螺重量约束，待验证三超作动控制平台、三超作动控制单元、星体安装板、第一测微陀螺安装、第二测微陀螺功耗约束，待验证三超作动控制平台、三超作动控制单元、星体安装板、第一测微陀螺安装、第二测微陀螺寿命；(2)将星体安装板安装于卫星上，三超作动控制平台、三超作动控制单元、第一测微陀螺安装在星体安装板上，第二测微陀螺安装在三超作动控制平台；其中，三超作动控制平台包括六个并联的作动器、平台结构、压紧解锁装置，六个并联作动器连接于平台结构和星体安装板之间，压紧解锁装置一端连接于星体安装板，另一端连接于平台结构中心位置，压紧解锁装置在发射段将平台结构与星体安装板锁定，入轨后解锁使平台结构与压紧解锁装置分离，实现六个并联作动器在三超作动控制单元的控制下正常工作；三超作动控制单元实现三超作动控制平台中电涡流位移传感器、第二测微陀螺测量信号的采集，实时解算得到控制信号，实现对于第二测微陀螺的超精超稳超敏捷控制；第一测微陀螺、第二测微陀螺分别实时测量自身位置处的角速度；(4)获取当前超精超稳超敏捷控制算法，并控制三超作动控制单元根据电涡流位移传感器、第二测微陀螺测量信号，使用超精超稳超敏捷控制算法计算得到第二测微陀螺控制信号，使用第二测微陀螺控制信号控制三超作动控制平台调节第二测微陀螺位置和姿态；(5)得到第二测微陀螺控制性能指标数据，如果得到的第二测微陀螺性能指标数据符合步骤(1)得到的超精超稳超敏捷控制在轨验证所需的性能指标，则转入步骤(6)，否则重新设计超精超稳超敏捷控制算法、三超作动控制平台；(6)如果验证三超作动控制平台、三超作动控制单元：在压紧模式下实现发射主动段的锁紧，且在停控模式实现在轨时的停控，且在自标定模式下完成电涡流位移传感器零位和当量系数的标定，且在扫频模式下能够实现音圈电机的工作状态和结构频率变化，且在稳态控制模式下实现稳态控制，且在指向控制模式下实现指向调节和稳定控制，且在故障稳态控制模式下实现故障状态下的稳态控制，且在故障指向控制模式下实现故障状态下的指向调节控制和稳定；(7)得到第二测微陀螺控制功能，如果得到的控制功能符合步骤(1)得到的超精超稳超敏捷控制在轨验证所需的功能，则超精超稳超敏捷控制在轨验证通过，否则重新设计超精超稳超敏捷控制算法、三超作动控制平台。所述的功能包括主动段及入轨后根据遥控指令解锁前压紧锁紧装置为压紧状态、根据遥控指令控制压紧锁紧装置解锁、在轨试验期间第二测微陀螺低频抑制及高频隔振功能、在轨试验期间第二测微陀螺指向调节能力、调节精度、稳定能力。所述的性能指标要包括待验证三超作动控制平台、三超作动控制单元的控制性能包括三轴10ms内稳定度小于0.04″、三轴指向精度优于0.1″、指向调节稳定时间小于1s；待验证三超作动控制平台、三超作动控制单元、星体安装板、第一测微陀螺安装、第二测微陀螺功耗约束包括长期功耗、短期功耗。所述的待验证三超作动控制平台、三超作动控制单元的在轨测试流程为：压紧解锁装置在轨解锁后，通过地面遥控指令依次进行扫频测试、自标定模式、稳态控制模式、指向控制模式；当三超作动控制平台发生故障时，进行故障稳态控制模式、故障指向控制模式；最后进行正常无故障情况下的稳态控制模式、指向控制或故障情况下的故障稳态控制模式和故障指向控制模式。所述的作动器包括音圈电机、电涡流位移传感器、膜簧、柔性铰、位移机械限位，电涡流位移传感器位于六个作动器中，膜簧提供作动器的轴向刚度，柔性铰实现作动器轴向运动到第二测微陀螺六自由度方向运动的传递，位移机械限位限制作动器的最大轴向运动，保护电涡流位移传感器；作动器通过电涡流位移传感器测量位置偏差并根据三超作动控制单元输出的控制信号，驱动音圈电机施加对第二测微陀螺的控制力和控制力矩，通过六个作动器协同工作，最终实现对于第二测微陀螺的超精超稳超敏捷控制；一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-权利要求5任一所述方法的步骤。一种超精超稳超敏捷控制在轨验证测试终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述的处理器执行所述的计算机程序时实现如权利要求1-权利要求5任一所述方法的步骤。一种超精超稳超敏捷控制系统，包括三超作动控制平台、三超作动控制单元、星体安装板、第一测微陀螺、第二测微陀螺；星体安装板安装卫星上，三超作动控制平台、三超作动控制单元、第一测微陀螺安装在星体安装板上，第二测微陀螺安装在三超作动控制平台；其中：三超作动控制平台包括六个并联的作动器、平台结构、压紧解锁装置，六个并联作动器连接于平台结构和星体安装板之间，压紧解锁装置一端连接于星体安装板，另一端连接于平台结构中心位置，压紧解锁装置在发射段将平台结构与星体安装板锁定，入轨后解锁使平台结构与压紧解锁装置分离，实现六个并联作动器在三超作动控制单元的控制下正常工作；三超作动控制单元实现三超作动控制平台中电涡流位移传感器、第二测微陀螺测量信号的采集，实时解算得到控制信号，实现对于第二测微陀螺的超精超稳超敏捷控制；第一测微陀螺、第二测微陀螺分别实时测量自身位置处的角速度；所述的作动器包括音圈电机、电涡流位移传感器、膜簧、柔性铰、位移机械限位，电涡流位移传感器位于六个作动器中，膜簧提供作动器的轴向刚度，柔性铰实现作动器轴向运动到第二测微陀螺六自由度方向运动的传递，位移机械限位限制作动器的最大轴向运动，保护电涡流位移传感器；作动器通过电涡流位移传感器测量位置偏差并根据三超作动控制单元输出的控制信号，驱动音圈电机施加对第二测微陀螺的控制力和控制力矩，通过六个作动器协同工作，最终实现对于第二测微陀螺的超精超稳超敏捷控制。所述的三超作动控制平台还包括位于平台结构和星体安装板之间的电涡流位移传感器，作为作动器中电涡流位移传感器的备份本专利技术与现有技术相比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超精超稳超敏捷控制在轨验证方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)确定超精超稳超敏捷控制在轨验证所需的功能和性能指标；性能指标要包括待验证三超作动控制平台、三超作动控制单元的控制性能指标，待验证三超作动控制平台、三超作动控制单元、星体安装板、第一测微陀螺安装、第二测微陀螺重量约束，待验证三超作动控制平台、三超作动控制单元、星体安装板、第一测微陀螺安装、第二测微陀螺功耗约束，待验证三超作动控制平台、三超作动控制单元、星体安装板、第一测微陀螺安装、第二测微陀螺寿命；(2)将星体安装板安装于卫星上，三超作动控制平台、三超作动控制单元、第一测微陀螺安装在星体安装板上，第二测微陀螺安装在三超作动控制平台上；其中，三超作动控制平台包括六个并联的作动器、平台结构、压紧解锁装置，六个并联作动器连接于平台结构和星体安装板之间，压紧解锁装置一端连接于星体安装板，另一端连接于平台结构中心位置，压紧解锁装置在发射段将平台结构与星体安装板锁定，入轨后解锁使平台结构与压紧解锁装置分离，实现六个并联作动器在三超作动控制单元的控制下正常工作；三超作动控制单元实现三超作动控制平台中电涡流位移传感器、第二测微陀螺测量信号的采集，实时解算得到控制信号，实现对于第二测微陀螺的超精超稳超敏捷控制；第一测微陀螺、第二测微陀螺分别实时测量自身位置处的角速度；(4)获取当前超精超稳超敏捷控制算法，并控制三超作动控制单元根据电涡流位移传感器、第二测微陀螺测量信号，使用超精超稳超敏捷控制算法计算得到第二测微陀螺控制信号，使用第二测微陀螺控制信号控制三超作动控制平台调节第二测微陀螺位置和姿态；(5)得到第二测微陀螺控制性能指标数据，如果得到的第二测微陀螺性能指标数据符合步骤(1)得到的超精超稳超敏捷控制在轨验证所需的性能指标，则转入步骤(6)，否则重新设计超精超稳超敏捷控制算法、三超作动控制平台；(6)如果待验证三超作动控制平台、三超作动控制单元：在压紧模式下实现发射主动段的锁紧，且在停控模式实现在轨时的停控，且在自标定模式下完成电涡流位移传感器零位和当量系数的标定，且在扫频模式下能够实现音圈电机的工作状态和结构频率变化，且在稳态控制模式下实现稳态控制，且在指向控制模式下实现指向调节和稳定控制，且在故障稳态控制模式下实现故障状态下的稳态控制，且在故障指向控制模式下实现故障状态下的指向调节控制和稳定；(7)得到第二测微陀螺控制功能，如果得到的控制功能符合步骤(1)得到的超精超稳超敏捷控制在轨验证所需的功能，则超精超稳超敏捷控制在轨验证通过，否则重新设计超精超稳超敏捷控制算法、三超作动控制平台。...

【技术特征摘要】
1.一种超精超稳超敏捷控制在轨验证方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)确定超精超稳超敏捷控制在轨验证所需的功能和性能指标；性能指标要包括待验证三超作动控制平台、三超作动控制单元的控制性能指标，待验证三超作动控制平台、三超作动控制单元、星体安装板、第一测微陀螺安装、第二测微陀螺重量约束，待验证三超作动控制平台、三超作动控制单元、星体安装板、第一测微陀螺安装、第二测微陀螺功耗约束，待验证三超作动控制平台、三超作动控制单元、星体安装板、第一测微陀螺安装、第二测微陀螺寿命；(2)将星体安装板安装于卫星上，三超作动控制平台、三超作动控制单元、第一测微陀螺安装在星体安装板上，第二测微陀螺安装在三超作动控制平台上；其中，三超作动控制平台包括六个并联的作动器、平台结构、压紧解锁装置，六个并联作动器连接于平台结构和星体安装板之间，压紧解锁装置一端连接于星体安装板，另一端连接于平台结构中心位置，压紧解锁装置在发射段将平台结构与星体安装板锁定，入轨后解锁使平台结构与压紧解锁装置分离，实现六个并联作动器在三超作动控制单元的控制下正常工作；三超作动控制单元实现三超作动控制平台中电涡流位移传感器、第二测微陀螺测量信号的采集，实时解算得到控制信号，实现对于第二测微陀螺的超精超稳超敏捷控制；第一测微陀螺、第二测微陀螺分别实时测量自身位置处的角速度；(4)获取当前超精超稳超敏捷控制算法，并控制三超作动控制单元根据电涡流位移传感器、第二测微陀螺测量信号，使用超精超稳超敏捷控制算法计算得到第二测微陀螺控制信号，使用第二测微陀螺控制信号控制三超作动控制平台调节第二测微陀螺位置和姿态；(5)得到第二测微陀螺控制性能指标数据，如果得到的第二测微陀螺性能指标数据符合步骤(1)得到的超精超稳超敏捷控制在轨验证所需的性能指标，则转入步骤(6)，否则重新设计超精超稳超敏捷控制算法、三超作动控制平台；(6)如果待验证三超作动控制平台、三超作动控制单元：在压紧模式下实现发射主动段的锁紧，且在停控模式实现在轨时的停控，且在自标定模式下完成电涡流位移传感器零位和当量系数的标定，且在扫频模式下能够实现音圈电机的工作状态和结构频率变化，且在稳态控制模式下实现稳态控制，且在指向控制模式下实现指向调节和稳定控制，且在故障稳态控制模式下实现故障状态下的稳态控制，且在故障指向控制模式下实现故障状态下的指向调节控制和稳定；(7)得到第二测微陀螺控制功能，如果得到的控制功能符合步骤(1)得到的超精超稳超敏捷控制在轨验证所需的功能，则超精超稳超敏捷控制在轨验证通过，否则重新设计超精超稳超敏捷控制算法、三超作动控制平台。2.根据权利要求1所述的一种超精超稳超敏捷控制在轨验证方法，其特征在于：所述的功能包括主动段及入轨后根据遥控指令解锁前压紧锁紧装置为压紧状态、根据遥控指令控制压紧锁紧装置解锁、在轨试验期间第二测微陀螺低频抑制及高频隔振功能、在轨试验期间第二测微陀螺指向调节能力、调节精度、稳定能力。3.根据权利要求1或2所述的一种超精超稳超敏捷控制在轨验证方法，其特征在于：所述的性能指标要包括待验证三超作动控制平台、三超作动控制单元的控制性能包括三轴10ms内稳定度小于0.04″、三轴指向精度优于0.1″、指向调节稳定时间小于1s；待验证三超作动控制平台、三超作动控制单元、星体安装板、第一测微陀螺安装、第二测微陀螺功耗约束包...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤亮，王有懿，关新，朱琦，张聪，张强，于国庆，周元子，李勇，张科备，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11