非接触双超卫星平台及其相对位置避碰控制方法技术

本发明专利技术提供了一种非接触双超卫星平台及其相对位置避碰控制方法，该方法包括以下步骤：步骤一、设计非接触双超卫星平台：将卫星分为载荷舱和服务舱两部分，采用非接触磁浮机构连接载荷舱和服务舱，实现动静隔离；步骤二、设计预判点，将磁浮机构的线圈端看做一条直线，则线圈伸入磁铁时，线圈的顶点与磁铁内壁的距离是最小的，是最易发生碰撞的危险点等。本发明专利技术设计一种避碰逻辑和避碰控制方法，从而大幅降低相对位置控制的频次，使磁浮机构专注于载荷舱高精度姿态控制，保证非接触双超卫星平台的性能。

Non contact double super satellite platform and its relative position avoidance control method

The invention provides a non-contact double super satellite platform and the relative position of collision avoidance control method, the method comprises the following steps: step one, design of contactless double super satellite platform will be divided into two parts: the satellite payload module and service module, using non contact magnetic mechanism is connected with the load module and service module, to realize the isolation; step two, the design of anticipation, the end of the coil suspension as a straight line, then into the coil magnet, coil and magnet on the inner wall of the vertex distance is the smallest, is the most prone to the risk of a collision point. The invention designs a collision avoidance logic and collision avoidance control method, thereby greatly reducing the relative position control frequency, making the maglev mechanism focus on the high-precision attitude control of the payload cabin, and ensuring the performance of the non-contact dual super satellite platform.

【技术实现步骤摘要】
非接触双超卫星平台及其相对位置避碰控制方法
本专利技术涉及一种卫星平台及其相对位置避碰控制方法，具体地，涉及一种非接触双超卫星平台及其相对位置避碰控制方法。
技术介绍
针对基于传统隔振器的卫星平台无法完全隔离振动、难以实现载荷超高指向精度和超高稳定度的瓶颈问题，本专利技术提出了一种振源与载荷动静隔离的新型非接触双超卫星平台，采用磁浮机构连接载荷舱和服务舱，基于电磁作用的磁浮机构为非接触形式，从而彻底隔离了载荷舱和振动源。同时，针对非接触双超卫星平台两舱非接触的结构构型带来的碰撞问题，本专利技术在设计预判点和允许域的基础上，设计相对位置避碰控制方法，避免两舱发生碰撞，保障非接触双超卫星平台的安全运行。
技术实现思路
为了解决非接触双超卫星平台两舱结构非接触带来的相对位置碰振问题，本专利技术提供了一种非接触双超卫星平台及其相对位置避碰控制方法，利用本专利技术，可以避免双超平台的两个舱段发生碰撞。根据本专利技术的一个方面，提供一种非接触双超卫星平台，其特征在于，包括：所述载荷舱，专注超精超稳任务，安装有效载荷、星敏感器、光纤陀螺和有效载荷控制单元；所述服务舱，提供基础服务，安装有驱动机构、推力器、动量轮，太阳电池阵和控制单元；所述磁浮机构，以非接触形式连接载荷舱和服务舱，这种连接形式保证了服务舱振动干扰不会传输至载荷舱，实现超精超稳精控。优选地，所述磁浮机构上设有相对位置测量装置和解耦控制单元，相对位置测量装置用于检测载荷舱和服务舱的相对位置信息并反馈给解耦控制单元，解耦控制单元解算出控制指令并驱动磁浮机构使其产生控制力，使载荷舱和服务舱的相对位置保持在期望的阈值内，实现两舱相对位置的避碰控制。优选地，所述磁浮机构由永久磁铁端和线圈端组成，线圈端固连于服务舱，永久磁铁端固连于载荷舱，两者采用但不限于采用电磁力或静电力方式产生控制力，通过控制线圈中的电流变化来调节控制力，进而调节载荷舱和服务舱之间的相对位置，防止两舱发生碰撞。优选地，所述非接触双超卫星平台采用四对八个非接触磁浮机构，以正交或平行的方式安装于载荷舱和服务舱之间。本专利技术还提供一种非接触双超卫星平台的相对位置避碰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、设计非接触双超卫星平台：将卫星分为载荷舱和服务舱两部分，采用非接触磁浮机构连接载荷舱和服务舱，实现动静隔离；步骤二、设计预判点，将两舱对接面上最易发生碰撞的危险点定义为预判点，将磁浮机构的线圈端看做一条直线，则线圈伸入磁铁时，线圈的顶点与磁铁内壁的距离是最小的，是最易发生碰撞的危险点；步骤三、设计允许域，对磁铁定义一个线圈允许运动的范围，在此范围内线圈与磁钢不会发生碰撞，将其定义为允许域；步骤四、设计避碰逻辑，结合所设计的允许域，给出预判点与磁铁之间的避碰逻辑，以便确定是否进行两舱相对位置控制。优选地，所述步骤二包括以下步骤：步骤二十一、步骤二采用第一磁浮机构到第八磁浮机构；第一磁浮机构和第四磁浮机构沿着轴向的运动，与第五磁浮机构沿着径向的运动情况一致；第五磁浮机构沿着轴向的运动，与第六磁浮机构和第八磁浮机构B4沿着径向的运动情况一致；步骤二十二、第一磁浮机构和第二磁浮机构沿着轴向的运动，与第六磁浮机构沿着径向的运动情况一致；第六磁浮机构沿着轴向的运动，与第五磁浮机构和第七磁浮机构沿着径向运动情况一致；步骤二十三、第六磁浮机构和第八磁浮机构沿着径向的运动，与第五磁浮机构沿着径向的运动情况一致；第五磁浮机构沿着轴向的运动，与第一磁浮机构和第三磁浮机构沿着径向的运动情况一致；步骤二十四、由于磁浮机构正交或平行安装的结构特点，使得各磁浮机构的线圈轴向与径向方向的运动存在着相互约束，因此根据这一约束关系，将预判点轴向方向的运动作为逻辑判断的基准；根据磁浮机构线圈轴向运动的情况，将磁浮机构分成如下三组：x轴方向：第六磁浮机构、第八磁浮机构；y轴方向：第五磁浮机构、第七磁浮机构；z轴方向：第一磁浮机构、第二磁浮机构、第三磁浮机构、第四磁浮机构；步骤二十五、根据上述分组，每个方向仅需选取一个磁浮机构来代表该方向沿着轴向运动，因此最终可将预判点的简化为三个，本专利技术中选取的预判点如下：x轴方向：第六磁浮机构的线圈；y轴方向：第五磁浮机构的线圈；z轴方向：第一磁浮机构的线圈。优选地，所述步骤三包括以下步骤：步骤三十一、磁浮机构磁铁到线圈径向方向距离为Δ，这个距离对于各磁浮机构轴向方向的运动是一种约束，为了使得磁浮机构不产生碰撞考虑将这一距离进一步缩小，定义为L，并将该量设为所定义允许域宽度的一半；步骤三十二、考虑磁浮机构的线圈顶点轴向方向运动，根据磁浮机构各轴向与径向的约束关系，预判点一既不可以碰触到磁铁的底面，也不可以超出一个上界，因此将s0设为x轴方向允许域的中线，设允许域的上下界距离中线s0为L，Lc表示允许域的中线到磁铁底面的距离，线圈在x轴方向的允许域是沿着xp轴，长为2L的区域；步骤三十三、与x方向的允许域相似，线圈在y轴方向的允许域是沿着yp轴，长为2L的区域；步骤三十四、与x和y方向的允许域相似，z方向的允许域需要对磁浮机构A的线圈顶点进行轴向方向运动上下界的限制，线圈在z轴方向的允许域是沿着zp轴，长为2L的区域。优选地，所述步骤四将磁铁分成两个区域，即不允许第一区域和允许区域二；通过A、B、C、D表示线圈运动的方向，A和D分别表示自由线圈往相反两个方向的运动，其本质相同，均表示远离允许域的运动趋势，B和C分别表示自由线圈往相反两个方向的运动，其本质相同，均表示靠近允许域的运动趋势，因此x轴方向的避碰逻辑判断可分为如下步骤：步骤四十一、线圈位于第二区域内，则不启动相对位置控制；步骤四百十二、线圈位于第一区域内，且线圈相对于磁铁的运动方向为B和C，则不启动相对位置控制；步骤四百十三、线圈位于第一区域内，且线圈相对于磁铁的运动方向为A和D，则启动相对位置控制；步骤四十二、给出预判点在y轴方向的避碰逻辑判断过程，避碰逻辑判断的情况与x轴方向相同；步骤四十三、给出预判点在z轴方向的避碰逻辑判断过程，避碰逻辑判断的情况与x轴方向相同。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：采用以载荷为主体进行超精超稳控制，平台从动跟踪有效载荷的动静隔离式双超平台全新设计思想，同时，为保证两舱相对位置的合适阈值，避免两舱发生碰振，设计了相当位置避碰控制方法，保证双超平台的安全运行，发挥其高性能应用价值。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术实施的非接触双超卫星平台结构示意图。图2a、图2b、图2c、图2d为本专利技术实施的双超卫星截面平动示意图。图3a、图3b表示双超卫星截面转动示意图。图4磁浮机构示意图。图5a、图5b、图5c表示三轴方向允许域示意图。图6避碰逻辑判断示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非接触双超卫星平台，其特征在于，包括：所述载荷舱，专注超精超稳任务，安装有效载荷、星敏感器、光纤陀螺和有效载荷控制单元；所述服务舱，提供基础服务，安装有驱动机构、推力器、动量轮，太阳电池阵和控制单元；所述磁浮机构，以非接触形式连接载荷舱和服务舱，这种连接形式保证了服务舱振动干扰不会传输至载荷舱，实现超精超稳精控。

【技术特征摘要】
1.一种非接触双超卫星平台，其特征在于，包括：所述载荷舱，专注超精超稳任务，安装有效载荷、星敏感器、光纤陀螺和有效载荷控制单元；所述服务舱，提供基础服务，安装有驱动机构、推力器、动量轮，太阳电池阵和控制单元；所述磁浮机构，以非接触形式连接载荷舱和服务舱，这种连接形式保证了服务舱振动干扰不会传输至载荷舱，实现超精超稳精控。2.根据权利要求1所述的非接触双超卫星平台，其特征在于，所述磁浮机构上设有相对位置测量装置和解耦控制单元，相对位置测量装置用于检测载荷舱和服务舱的相对位置信息并反馈给解耦控制单元，解耦控制单元解算出控制指令并驱动磁浮机构使其产生控制力，使载荷舱和服务舱的相对位置保持在期望的阈值内，实现两舱相对位置的避碰控制。3.根据权利要求1所述的非接触双超卫星平台，其特征在于，所述磁浮机构由永久磁铁端和线圈端组成，线圈端固连于服务舱，永久磁铁端固连于载荷舱，两者采用但不限于采用电磁力或静电力方式产生控制力，通过控制线圈中的电流变化来调节控制力，进而调节载荷舱和服务舱之间的相对位置，防止两舱发生碰撞。4.根据权利要求1所述的非接触双超卫星平台，其特征在于，所述非接触双超卫星平台采用四对八个非接触磁浮机构，以正交或平行的方式安装于载荷舱和服务舱之间。5.一种非接触双超卫星平台的相对位置避碰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、设计非接触双超卫星平台：将卫星分为载荷舱和服务舱两部分，采用非接触磁浮机构连接载荷舱和服务舱，实现动静隔离；步骤二、设计预判点，将两舱对接面上最易发生碰撞的危险点定义为预判点，将磁浮机构的线圈端看做一条直线，则线圈伸入磁铁时，线圈的顶点与磁铁内壁的距离是最小的，是最易发生碰撞的危险点；步骤三、设计允许域，对磁铁定义一个线圈允许运动的范围，在此范围内线圈与磁钢不会发生碰撞，将其定义为允许域；步骤四、设计避碰逻辑，结合所设计的允许域，给出预判点与磁铁之间的避碰逻辑，以便确定是否进行两舱相对位置控制。6.根据权利要求5所述的非接触双超卫星平台的相对位置避碰控制方法，其特征在于，所述步骤二包括以下步骤：步骤二十一、步骤二采用第一磁浮机构到第八磁浮机构；第一磁浮机构和第四磁浮机构沿着轴向的运动，与第五磁浮机构沿着径向的运动情况一致；第五磁浮机构沿着轴向的运动，与第六磁浮机构和第八磁浮机构B4沿着径向的运动情况一致；步骤二十二、第一磁浮机构和第二磁浮机构沿着轴向的运动，与第六磁浮机构沿着径向的运动情况一致；第六磁浮机构沿着轴向的运动，与第五磁浮机构和第七磁浮机构沿着径向运动情况一致；步骤二十三、第六磁浮机构和第八磁浮机构沿着径向的运动，与第五磁浮机构沿着径向的运动情况一致；第五磁浮机构沿着轴向的运动，与第一磁浮机构...

【专利技术属性】
技术研发人员：许域菲，谢进进，邓逸凡，张凯华，张伟，邓成晨，裘俊，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31