一种主动抑制太阳帆板挠性振动的方法，该方法以正余弦细分驱动的步进电机为执行机构，建立卫星系统动力学模型，对系统动力学模型进行线性化化简后，计算系统的振动频率和阻尼比，设计输入成型器来对原始帆板转速指令进行整型，使得系统在完成帆板转速连续驱动的同时，还有效地抑制了帆板的挠性振动，从而降低了帆板挠性振动对载荷成像质量的影响，且对模型参数变化和设计参数不准具有较强的鲁棒性，相对于采用压电陶瓷材料和阻尼器等其它太阳帆板挠性振动控制方法，本发明专利技术不需要添加额外的硬件设备，工程实现比较简单。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，该方法以正余弦细分驱动的步进电机为执行机构，建立卫星系统动力学模型，对系统动力学模型进行线性化化简后，计算系统的振动频率和阻尼比，设计输入成型器来对原始帆板转速指令进行整型，使得系统在完成帆板转速连续驱动的同时，还有效地抑制了帆板的挠性振动，从而降低了帆板挠性振动对载荷成像质量的影响，且对模型参数变化和设计参数不准具有较强的鲁棒性，相对于采用压电陶瓷材料和阻尼器等其它太阳帆板挠性振动控制方法，本专利技术不需要添加额外的硬件设备，工程实现比较简单。【专利说明】
本专利技术涉及，属于挠性航天器控制
，用于太阳帆板转速驱动切换过程中的挠性振动抑制控制，尤其是对低频和甚低频挠性振动的抑制。
技术介绍
为了跟踪太阳以保证能源供应，目前卫星上普遍安装了太阳帆板及其驱动机构，但由于帆板的刚度不足，加上空间环境的弱阻尼特点，帆板的挠性振动一旦被激起后很难快速衰减。以往由于光学或SAR(合成孔径雷达)载荷的分辨率不高，导致对卫星姿态指向精度和稳定度等性能指标要求比较低，因此帆板挠性振动对载荷性能的影响并不明显。但是，随着载荷技术的发展，图像分辨率得到了很大的提高，相应地对姿态控制精度提出了越来越高的指标，稳定度要求达到了 10-4° /s甚至更高的量级。在此背景下，太阳帆板挠性振动对载荷成像质量的影响就立马凸现出来，成为了制约遥感卫星进一步提升姿态控制性能的关键技术问题，因此，采用主动抑制方法来降低太阳帆板的挠性振动成了当前提高遥感卫星姿态控制精度的一个重要课题。文献1“斯祝华，刘一武，黎康.太阳帆板驱动装置建模及其驱动控制研究.空间控制技术与应用，2010,36(2):13~19”建立了基于正余弦细分驱动步进电机的太阳帆板驱动模型，并讨论了其驱动控制方式，但并未考虑帆板的挠性振动因素。文献2“梁小光，丁竹生，焦映厚.卫星太阳翼阻尼器参数选定方法.哈尔滨工业大学学报，2011，43(7):71~75”和文献3 “胡庆雷，马广富.挠性航天器姿态机动控制的主动振动抑制.振动工程学报，18(3):375~380”分别采用阻尼器和压电陶瓷材料对太阳帆板挠性进行主动抑制控制，这两种控制方式虽然能够降低帆板的挠性振动，但是需要增加敏感器和做动器等复杂硬件设备，星上工程实现尚未成熟。除了文献2和3提出的挠性振动控制方法之外，其它挠性振动控制方法也得到了研究，其中，输入成型以其简单易用性、对模型参数摄动的鲁棒性等优良品质，逐渐成为目前主动振动抑制领域的主流方法。输入成型是指将脉冲序列与期望输入指令卷积形成的新指令作为系统输入的信号处理技术，其中脉冲序列称为输入成型器，脉冲序列的作用时间和幅值根据系统的模态频率和阻尼比得到，期望输入指令的确定仅考虑刚体系统运动的要求，整型后的指令不仅可以满足刚体的运动要求，还可以有效抑制系统中挠性附件的振动。文献4“Michael J.Doherty, Robert J.Tolson.输入成型减少太阳帆板结构振动.美国航空航天局报告，No:19980232013”和文献5 “原劲鹏，刘建功，杨雷.步进电机驱动柔性负载的一种振动抑制控制策略.空间控制技术与应用，2008,34?):34~38”虽然考虑了负载的挠性因 素，采用输入成型技术实现了对挠性体的驱动定位和振动抑制，但是在它们的研究中，太阳帆板采用了斩波恒流驱动的步进电机，且应用背景仅限于挠性体的转角定位，转角到位之后电机停止驱动，这与目前工程上的太阳帆板采用正余弦细分驱动步进电机以及帆板需要连续驱动以跟踪太阳的实际工况尚存在差异。
技术实现思路
本专利技术提供，可以有效抑制太阳帆板转速切换过程中的挠性振动，且对模型参数变化和设计参数不准具有比较强的鲁棒性，不需要添加额外的硬件设备，工程实现比较简单，具有较高的工程应用价值。为了达到上述目的，本专利技术提供，该方法包含以下步骤:步骤1、建立太阳帆板挠性振动系统动力学模型并计算系统的振动模态参数；步骤2、获得ZVD成型器；步骤3、星载计算机利用ZVD综合成型器对太阳帆板的转速指令进行整形后，驱动步进电机。所述的步骤I包含以下步骤:步骤1.1、建立完整的太阳帆板挠性振动系统动力学模型:所述的太阳帆板挠性振动系统包含卫星平台、一个太阳帆板和一个步进驱动电机，其振动系统动力学模型为:【权利要求】1.，其特征在于，该方法包含以下步骤: 步骤1、建立太阳帆板挠性振动系统动力学模型并计算系统的振动模态参数； 步骤2、获得ZVD成型器； 步骤3、星载计算机利用ZVD综合成型器对太阳帆板的转速指令进行整形后，驱动步进电机。2.如权利要求1所述的主动抑制太阳帆板挠性振动的方法，其特征在于，所述的步骤I包含以下步骤: 步骤1.1、建立完整的太阳帆板挠性振动系统动力学模型: 所述的太阳帆板挠性振动系统包含卫星平台、一个太阳帆板和一个步进驱动电机，其振动系统动力学|吴型为: 3.如权利要求2所述的主动抑制太阳帆板挠性振动的方法，其特征在于，所述的步进驱动电机采用正余弦细分驱动的步进电机。4.如权利要求3所述的主动抑制太阳帆板挠性振动的方法，其特征在于，所述的步骤2包含以下步骤: ZVD成型器是一个由三个子脉冲组成的脉冲序列，其数学表达式为: 5.如权利要求4所述的主动抑制太阳帆板挠性振动的方法，其特征在于，所述的步骤3包含以下步骤:步骤3.1、星载计算机将所有振动模态的ZVD成型器卷积得到一个ZVD综合成型器； 步骤3.2、星载计算机将太阳帆板的原始转速指令送入ZVD综合成型器整型后，将获得的整形指令作为实际转速指令来驱动步进电机。6、如权利要求5所述的主动抑制太阳帆板挠性振动的方法，其特征在于，所述的主动抑制太阳帆板挠性振动的方法还包含步骤4，星载计算机在轨修正ZVD成型器。7、如权利要求6所述的主动抑制太阳帆板挠性振动的方法，其特征在于，所述的步骤4包含以下步骤: 步骤4.1、通过对星载计算机下传的卫星姿态数据进行辨识，得到包括系统振动频率和阻尼比在内的系统振动模态参数的辨识值； 步骤4.2、判断振动模态参数的理论值和真实值之间的差别，若振动模态参数的理论值和辨识值之间相差大于10%，则根据辨识结果重新计算ZVD成型器的参数，并通过在轨编程方式修正存储在星载计算机中的ZVD成型器参数；如果理论值和辨识值相差小于等于10%，则不进行星上修正。【文档编号】G05B13/04GK103926840SQ201410186509【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日 【专利技术者】施桂国, 朱庆华, 张子龙, 王赟, 侯建文, 周伟敏 申请人:上海新跃仪表厂本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种主动抑制太阳帆板挠性振动的方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：步骤1、建立太阳帆板挠性振动系统动力学模型并计算系统的振动模态参数；步骤2、获得ZVD成型器；步骤3、星载计算机利用ZVD综合成型器对太阳帆板的转速指令进行整形后，驱动步进电机。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：施桂国，朱庆华，张子龙，王赟，侯建文，周伟敏，
申请(专利权)人：上海新跃仪表厂，
类型：发明
国别省市：上海;31
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