一种电推进系统双推力器同步工作方法及系统技术方案

一种电推进系统双推力器同步工作方法及系统，该方法适用于航天电推进系统多台推力器同步工作的模式。该方法对点火流程进行了优化，并采用阳极缓启动、闭环控制等功能实现了双推力器的推力同步产生，推力大小基本一致；通过故障诊断逻辑，解决了单台偶发异常导致的推力器推力大小不一致的问题。避免了航天器角动量的累积导致姿态失稳。动量的累积导致姿态失稳。动量的累积导致姿态失稳。

【技术实现步骤摘要】
一种电推进系统双推力器同步工作方法及系统


[0001]本专利技术属于空间推进系统领域，特别涉及一种电推进系统双推力器同步工作方法及系统。

技术介绍

[0002]SJ
‑
20卫星是DFH
‑
5平台的技术验证星，按照DFH
‑
5平台的标准配置，配置了5kW电推进系统。系统由4台离子电推力器组成，总体对电推进系统提出了轨道转移模式的任务需求，轨道转移阶段整星可以给电推进系统提供较高的功率，可以支持双推力器工作。
[0003]在轨道转移阶段，双推力器同时工作时，要求两台推力器的推力矢量方向一致，两台推力器推力作用点的连线中点做推力器矢量方向的延长线过卫星质心，要求2台推力器的推力大小保持一致。从而使推力器产生的推力轨道转移效率最高，同时两台推力器的产生的角动量互相抵消，避免航天器角动量的累积导致姿态失稳。
[0004]离子推力器的推力产生过程(点火)需要按照特定的流程供气、供电。整个点火过程持续约十分钟，但点火过程所需的时长存在一定的不确定性，会有分钟量级上的误差。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的上述不足，提供一种电推进系统双推力器同步工作方法及系统，实现了双电推力器同步工作，解决了由于推力不一致而导致的整星角动量积累失控，满足轨道转移双推力器同步工作等多种任务需求，具有广泛的适用范围。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种电推进系统双推力器同步工作方法，步骤如下：
[0007](1)根据选定的电推进点火任务参数进行调用，对2台推力器分别完成放电室点火操作；
[0008](2)在2台离子推力器均完成了放电室点火后，2台推力器同步加载屏栅电压，开始产生推力，并通过同步逐渐提高阳极电流直至屏栅电流接近额定值；
[0009](3)通过调节阳极电流调节屏栅电流，将2台推力器的屏栅电流闭环控制至额定值区间；
[0010](4)成功产生推力后，对屏栅电流和打火状态进行检测，当推力器大小不一致时，对另一台推力器进行同步操作。
[0011]所述步骤(1)的具体过程为：
[0012](1.1)根据点火参数推力器的选择，分别开启2台推力器的中和器加热电源、中和器点火电源和中和器触持电源，当1台的中和器触持电流大于设定阈值I
中触
后，说明该台推力器中和器已正常点火，随后关闭该推力器的中和器加热电源和中和器点火电源，该台推力器进入步骤(1.2)；直至另一台推力器也满足中和器触持电流大于设定阈值I
中触
后，再关闭该推力器的中和器加热电源和中和器点火电源，随后该台推力器进入步骤(1.2)；
[0013](1.2)开启对应推力器的阴极加热电源、阴极点火电源、阴极触持电源和阳极电
源，待阴极触持电流大于设定阈值I
阴触
后，说明该推力器放电室已经正常点火，随后关闭该推力器阴极加热电源和阴极点火电源，同时立该推力器放电室点火成功标志。
[0014]所述步骤(2)的具体过程为：
[0015](2.1)当2台推力器均完成了放电室点火后，调节2台推力器的阳极电流为同一值I
阳1
，随后同时加载2台推力器的屏栅电压，此时2台推力器的屏栅电流大小一致，推力大小一致；
[0016](2.2)根据推力器的最终功率，按照预设档位，同步逐渐提高2台推力器的阳极电流，调节推力器屏栅电流接近额定值，通过逐步逼近的方式，确保2台推力器在前期热形变积累过程中2台推力器的推力大小基本保持一致。
[0017]所述步骤(3)的具体过程为：
[0018](3.1)获取当前屏栅电流I
屏栅
，当I
屏栅
<I
屏栅min
时，增大1个步长的阳极电流；当I
屏栅
>I
屏栅max
时，降低1个步长的阳极电流；直至I屏栅处于[I
屏栅min
，I
屏栅max
]区间时，不对阳极电流进行调整，进入步骤(3.2)
[0019](3.2)等待设定的控制周期
△
T；
[0020](3.3)每台推力器在点火过程中重复步骤(3.1)
‑
(3.2)，确保2台推力器的屏栅电流均在预设区间，2台推力器推力大小一致。
[0021]所述步骤(4)的具体过程为：
[0022](4.1)获取2台推力器的屏栅电流和打火故障标志，当连续1s检测到推力器报打火故障并且该推力器的屏栅电流I
屏栅
<I
屏栅打火阈值
时，假设推力器A报打火，另一台推力器B未报；则认为推力器A发生了异常，则对推力器B进行步骤(4.2)操作；
[0023](4.2)关闭推力器B的屏栅电压电流输出，停止推力器B的推力输出功能；进入步骤(4.3)；
[0024](4.3)持续检测推力器A的屏栅电流和打火故障标志，当连续1s检测到推力器A的屏栅电流恢复至I
屏栅
>I
屏栅打火阈值
且打火故障标志清除时，则认为推力器A已经恢复，对推力器B进行步骤(4.4)操作；
[0025](4.4)开启推力器B的屏栅电压电流输出，恢复推力器A的推力输出功能；
[0026](4.5)在推力持续输出过程中重复步骤(4.1)的判断步骤，确保当一台推力器异常时另一台推力器能中止推力产生功能，待异常恢复后2台推力器推力大小恢复间隔时间不超过2s。
[0027]一种电推进系统双推力器同步工作系统，包括：点火模块、推力产生模块、闭环控制模块和检测模块；
[0028]点火模块根据选定的电推进点火任务参数进行调用，对2台推力器分别完成放电室点火操作；
[0029]推力产生模块在2台离子推力器均完成了放电室点火后，2台推力器同步加载屏栅电压，开始产生推力，并通过同步逐渐提高阳极电流直至屏栅电流接近额定值；
[0030]闭环控制模块通过调节阳极电流调节屏栅电流，将2台推力器的屏栅电流闭环控制至额定值区间；
[0031]检测模块对屏栅电流和打火状态进行检测，当推力器大小不一致时，对另一台推力器进行同步操作。
[0032]所述点火模块的内部具体工作过程为：
[0033](1.1)根据点火参数推力器的选择，分别开启2台推力器的中和器加热电源、中和器点火电源和中和器触持电源，当1台的中和器触持电流大于设定阈值I
中触
后，说明该台推力器中和器已正常点火，随后关闭该推力器的中和器加热电源和中和器点火电源，该台推力器进入步骤(1.2)；直至另一台推力器也满足中和器触持电流大于设定阈值I
中触
后，再关闭该推力器的中和器加热电源和中和器点火电源，随后该台推力器进入步骤(1.2)；
[0034](1.2)开启对应推力器的阴极加热电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电推进系统双推力器同步工作方法，其特征在于步骤如下：(1)根据选定的电推进点火任务参数进行调用，对2台推力器分别完成放电室点火操作；(2)在2台离子推力器均完成了放电室点火后，2台推力器同步加载屏栅电压，开始产生推力，并通过同步逐渐提高阳极电流直至屏栅电流接近额定值；(3)通过调节阳极电流调节屏栅电流，将2台推力器的屏栅电流闭环控制至额定值区间；(4)成功产生推力后，对屏栅电流和打火状态进行检测，当推力器大小不一致时，对另一台推力器进行同步操作。2.根据权利要求1所述的一种电推进系统双推力器同步工作方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体过程为：(1.1)根据点火参数推力器的选择，分别开启2台推力器的中和器加热电源、中和器点火电源和中和器触持电源，当1台的中和器触持电流大于设定阈值I
中触
后，说明该台推力器中和器已正常点火，随后关闭该推力器的中和器加热电源和中和器点火电源，该台推力器进入步骤(1.2)；直至另一台推力器也满足中和器触持电流大于设定阈值I
中触
后，再关闭该推力器的中和器加热电源和中和器点火电源，随后该台推力器进入步骤(1.2)；(1.2)开启对应推力器的阴极加热电源、阴极点火电源、阴极触持电源和阳极电源，待阴极触持电流大于设定阈值I
阴触
后，说明该推力器放电室已经正常点火，随后关闭该推力器阴极加热电源和阴极点火电源，同时立该推力器放电室点火成功标志。3.根据权利要求2所述的一种电推进系统双推力器同步工作方法，其特征在于：所述步骤(2)的具体过程为：(2.1)当2台推力器均完成了放电室点火后，调节2台推力器的阳极电流为同一值I
阳1
，随后同时加载2台推力器的屏栅电压，此时2台推力器的屏栅电流大小一致，推力大小一致；(2.2)根据推力器的最终功率，按照预设档位，同步逐渐提高2台推力器的阳极电流，调节推力器屏栅电流接近额定值，通过逐步逼近的方式，确保2台推力器在前期热形变积累过程中2台推力器的推力大小基本保持一致。4.根据权利要求3所述的一种电推进系统双推力器同步工作方法，其特征在于：所述步骤(3)的具体过程为：(3.1)获取当前屏栅电流I
屏栅
，当I
屏栅
<I
屏栅min
时，增大1个步长的阳极电流；当I
屏栅
>I
屏栅max
时，降低1个步长的阳极电流；直至I屏栅处于[I
屏栅min
，I
屏栅max
]区间时，不对阳极电流进行调整，进入步骤(3.2)(3.2)等待设定的控制周期
△
T；(3.3)每台推力器在点火过程中重复步骤(3.1)
‑
(3.2)，确保2台推力器的屏栅电流均在预设区间，2台推力器推力大小一致。5.根据权利要求4所述的一种电推进系统双推力器同步工作方法，其特征在于：所述步骤(4)的具体过程为：(4.1)获取2台推力器的屏栅电流和打火故障标志，当连续1s检测到推力器报打火故障并且该推力器的屏栅电流I
屏栅
<I
屏栅打火阈值
时，假设推力器A报打火，另一台推力器B未报；则认为推力器A发生了异常，则对推力器B进行步骤(4.2)操作；
(4.2)关闭推力器B的屏栅电压电流输出，停止推力器B的推力输出功能；进入步骤(4.3)；(4.3)持续检测推力器A的屏栅电流和打火故障标志，当连续1s检测到推力器A的屏栅电流恢复至I
屏栅
>I
屏栅打火阈值
且打火故障标志清除时，则认为推力器A已经恢复，对推力器B进行步骤(4.4)操作；(4.4)开启推力器B的屏栅电压电流输出，恢复推力器A的推力输出功能；(4.5)在推力持续输出过程中重复步骤(4.1)的判断步骤，确保当一台推力器异常时另一台推力器能中止推力产生功能，待异常恢复后2台推力器推力大小恢复间隔时间不超过2s。6.一种电推进系统双推力器同步工作系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹达人，高俊，李永，何刚，丁凤林，李宗良，韩亮，刘镇星，李晨光，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：