一种高精度抗辐射微小卫星三轴磁力矩器及其工作方法技术

本发明专利技术涉及一种高精度抗辐射微小卫星三轴磁力矩器，包括两个有金属芯的磁棒、一个空心磁力矩器、处理器和磁强计，其中，两个金属芯的磁棒分别形成X轴磁棒和Y轴磁棒，并在其上缠有线圈，空心磁力矩器形成Z轴空心线圈，将X轴磁棒、Y轴磁棒、Z轴空心线圈、处理器和磁强计集中在一块PCB板子上，并形成模块化，三个执行机构由PWM信号独立驱动。本发明专利技术还涉及一种高精度抗辐射微小卫星三轴磁力矩器的工作方法。本发明专利技术的优点体现在：增加磁力矩器的可靠性；提高磁力矩器的控制精度；具有电流监控与温度测量的功能，磁棒与紧固件一体设计，方便装配，增加了强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星姿态控制
，具体涉及一种高精度抗辐射微小卫星三轴磁力矩器及其工作方法。
技术介绍
磁力矩器是一种卫星姿态控制的执行机构，广泛应用于各种小卫星中，尤其是对于在磁场较强的地球低轨道运行的微小卫星。其工作原理主要是依靠控制线圈中电流的大小和方向来产生相应的磁矩并与地磁场相互作用，从而产生可以控制卫星姿态的磁力矩，进而达到控制卫星姿态的目的。现有的技术缺点如下：1.输出精度差；2.数据处理能力差；3.缺乏自动温度保护功能；4.抗辐射性能不佳。
技术实现思路
本专利技术以应用于微小卫星的磁力矩器为研究对象，设计了一种新型的磁力矩器，针对目前基于商用器件的磁力矩器普遍存在的处理能力弱、控制精度低、易受空间辐射影响等缺点，采用新型抗辐射处理器，增强处理能力，提高响应速度与控制精度，采用磁强计进行磁场闭环控制，能够有效提高磁力矩器的控制精度。为实现上述目的，本专利技术公开了如下技术方案：一种高精度抗辐射微小卫星三轴磁力矩器，包括两个有金属芯的磁棒、一个空心磁力矩器、处理器和磁强计，其中，两个金属芯的磁棒分别形成X轴磁棒和Y轴磁棒，并在其上缠有线圈，空心磁力矩器形成Z轴空心线圈，将X轴磁棒、Y轴磁棒、Z轴空心线圈、处理器和磁强计集中在一块PCB板子上，并形成模块化，三个执行机构由PWM信号独立驱动。进一步的，所述Z轴空心线圈设置在PCB板中间，X轴磁棒设置在Z轴空心线圈下侧，Y轴磁棒设置在Z轴空心线圈左侧，处理器和磁强计设置在Z轴空心线圈内侧。进一步的，所述PCB板子的尺寸为90mm*90mm。进一步的，所述X轴磁棒和Y轴磁棒选取磁芯最大长度70mm，其中磁芯两端各留出5mm的长度用于固定，磁芯的尺寸确定为Ф4mm×70mm。进一步的，X轴磁棒和Y轴磁棒上的线圈为具有抗辐照能力的聚酰亚胺包铜线，绝缘封装固定薄膜采用聚酰亚胺薄膜。进一步的，所述Z轴空心线圈为正方形绕线框，绕线框的内边框长为53mm，外边框长为70mm，线框可绕线的宽度为8.5mm，满足理论计算的约束要求。本专利技术还公开了一种高精度抗辐射微小卫星三轴磁力矩器的工作方法，所述磁力矩器采用双磁强计进行磁场反馈，第一磁强计采集磁力矩器工作时三轴线圈附近的磁场强度，第二磁强计安装在卫星其他位置，在磁力矩器关机时采集地磁场强度，两个磁强计采集的数据反馈至处理器，对输出磁矩进行校正。进一步的，磁力矩器的电路包括处理器，磁强计，时钟，驱动电路，温度传感器，电流监测芯片，处理器是电路中心，时钟、驱动电路直接接入处理器，磁强计通过I2C总线与处理器俩姐，温度传感器、电流检测芯片通过SPI总线与处理器连接，由处理器产生PWM信号，经过驱动电路驱动三轴产生磁力矩，磁力矩器通过I2C总线接收星载计算机传送的控制指令，并将温度与电流信息传送给星载计算机。进一步的，所述处理器为采用Microsemi生产的SmartFusion2SoCFPGA；所述驱动电路采用TI公司的低压H桥集成芯片drv8837，同时，采用BB公司的宽温仪表用放大器INA337，对流经线圈上的电流信号进行采集，从而反馈给处理器，这样使得磁力矩器板具有检测自身电流的功能；所述温度传感器采用国家半导体公司的低压数字温度传感器LM70，温度传感器实时监测磁力矩器工作温度，并将数据传回处理器进行处理，一旦出现温度过高的情况则关闭磁力矩器，提高磁力矩器的可靠性。本专利技术公开的一种高精度抗辐射微小卫星三轴磁力矩器及其工作方法，具有以下有益效果：1.解决目前磁力矩器控制精度低的问题，采用新型抗辐射处理器，增加磁力矩器的可靠性；2.采用双磁强计进行输出磁矩的闭环控制，提高磁力矩器的控制精度。3.具有电流监控与温度测量的功能，在温度过高情况下自动关闭磁力矩器，提高磁力矩器的可靠性。4.磁棒与紧固件一体设计，方便装配，增加了强度。附图说明图1是三轴磁力矩器示意图；图2是空芯磁力矩器绕线框示意图；图3是磁力矩器磁场反馈电路；图4是磁力矩器电路设计整体方案图；图5是磁力矩器驱动电路；图6是磁力矩器测温电路；其中：1-Y轴磁棒2-Z轴空心线圈3-磁强计4-X轴磁棒5-处理器具体实施方式下面结合实施例并参照附图对本专利技术作进一步描述。请参见图1。一种高精度抗辐射微小卫星三轴磁力矩器，包括两个有金属芯的磁棒、一个空心磁力矩器、处理器5和磁强计3，其中，两个金属芯的磁棒分别形成X轴磁棒4和Y轴磁棒1，并在其上缠有线圈，空心磁力矩器形成Z轴空心线圈2，将X轴磁棒4、Y轴磁棒1、Z轴空心线圈2、处理器5和磁强计3集中在一块PCB板子上，并形成模块化，三个执行机构由PWM信号独立驱动。作为具体实施例，所述Z轴空心线圈2设置在PCB板中间，X轴磁棒4设置在Z轴空心线圈2下侧，Y轴磁棒1设置在Z轴空心线圈2左侧，处理器5和磁强计3设置在Z轴空心线圈2内侧。作为具体实施例，所述PCB板子的尺寸为90mm*90mm。作为具体实施例，所述X轴磁棒4和Y轴磁棒1选取磁芯最大长度70mm，其中磁芯两端各留出5mm的长度用于固定，磁芯的尺寸确定为Ф4mm×70mm。作为具体实施例，考虑到磁力矩器工作的空间环境条件的恶劣性，X轴磁棒4和Y轴磁棒1上的线圈为具有抗辐照能力的聚酰亚胺包铜线，绝缘封装固定薄膜采用聚酰亚胺薄膜。见图2。作为具体实施例，所述Z轴空心线圈2为正方形绕线框，绕线框的内边框长为53mm，外边框长为70mm，平均边长近似60mm，线框可绕线的宽度为8.5mm，满足理论计算的约束要求。本磁力矩器是一个三轴磁力矩器，针对微小卫星尺寸、质量和功耗都较小的特点，本磁力矩器的设计方案由两个有金属芯的磁棒和一个空芯磁力矩器组成，将三轴磁力矩器集中在一块90mm×90mm的PCB板子上，节省空间，并形成模块化，三个执行机构由PWM信号独立驱动，如图1所示。该磁力矩器体积很小，可在三个方向提供相当大的磁矩，用于立方星的姿态控制。见图3。本专利技术公开了一种高精度抗辐射微小卫星三轴磁力矩器的工作方法，所述磁力矩器采用双磁强计进行磁场反馈，第一磁强计采集磁力矩器工作时三轴线圈附近的磁场强度，第二磁强计安装在卫星其他位置，在磁力矩器关机时采集地磁场强度，两个磁强计采集的数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度抗辐射微小卫星三轴磁力矩器，其特征在于，包括两个有金属芯的磁棒、一个空心磁力矩器、处理器和磁强计，其中，两个金属芯的磁棒分别形成X轴磁棒和Y轴磁棒，并在其上缠有线圈，空心磁力矩器形成Z轴空心线圈，将X轴磁棒、Y轴磁棒、Z轴空心线圈、处理器和磁强计集中在一块PCB板子上，并形成模块化，三个执行机构由PWM信号独立驱动。

【技术特征摘要】
1.一种高精度抗辐射微小卫星三轴磁力矩器，其特征在于，包括
两个有金属芯的磁棒、一个空心磁力矩器、处理器和磁强计，其中，
两个金属芯的磁棒分别形成X轴磁棒和Y轴磁棒，并在其上缠有线圈，
空心磁力矩器形成Z轴空心线圈，将X轴磁棒、Y轴磁棒、Z轴空心
线圈、处理器和磁强计集中在一块PCB板子上，并形成模块化，三个
执行机构由PWM信号独立驱动。
2.根据权利要求1所述的一种高精度抗辐射微小卫星三轴磁力
矩器，其特征在于，所述Z轴空心线圈设置在PCB板中间，X轴磁棒
设置在Z轴空心线圈下侧，Y轴磁棒设置在Z轴空心线圈左侧，处理
器和磁强计设置在Z轴空心线圈内侧。
3.根据权利要求1所述的一种高精度抗辐射微小卫星三轴磁力
矩器，其特征在于，所述PCB板子的尺寸为90mm*90mm。
4.根据权利要求1所述的一种高精度抗辐射微小卫星三轴磁力
矩器，其特征在于，所述X轴磁棒和Y轴磁棒选取磁芯最大长度70mm，
其中磁芯两端各留出5mm的长度用于固定，磁芯的尺寸确定为Ф4mm
×70mm。
5.根据权利要求4所述的一种高精度抗辐射微小卫星三轴磁力
矩器，其特征在于，X轴磁棒和Y轴磁棒上的线圈为具有抗辐照能力
的聚酰亚胺包铜线，绝缘封装固定薄膜采用聚酰亚胺薄膜。
6.根据权利要求1所述的一种高精度抗辐射微小卫星三轴磁力
矩器，其特征在于，所述Z轴空心线圈为正方形绕线框，绕线框的内
边框长为53mm，外边框长为70mm，线框可绕线的宽度为8.5mm，满

\t足理论计算的约束要求。
7.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：白博，王圣允，周军，庞维健，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61