一种大型单轴气浮台半物理仿真系统，能够使X轴姿态控制、Y轴姿态控制、Z轴姿态控制分别独立进行，通过充分试验优化完善各轴控制算法和控制参数，结构简单，能够快速验证姿态控制系统的控制能力。其包括：单轴气浮台（1）、转动平台（2）、调平装置（3）、电池盒（4）、PCU电源盒（5）、姿态控制盒（6）、星务盒（7）、陀螺仪盒（8）、磁强计盒（9）、水平仪（10）、脚垫（11）、主控飞轮（12）、转接板（121）、配重块（13）、配平槽口片（14）、配平装置。还有工作方法。配平装置。还有工作方法。配平装置。还有工作方法。
【技术实现步骤摘要】
大型单轴气浮台半物理仿真系统及其工作方法
[0001]本专利技术涉及航天器地面半物理仿真的
，尤其涉及一种大型单轴气浮台半物理仿真系统，以及这种大型单轴气浮台半物理仿真系统的工作方法。
技术介绍
[0002]姿态控制分系统主要由姿态调整执行机构（飞轮和磁力矩器）、姿态敏感器（太敏、星敏、陀螺仪、磁强计等）以及相应的姿态处理器组成；通过姿态敏感器获取当前空间飞行器的位置信息，再通过控制处理器控制姿态调整执行机构运动到目标位置；姿态控制分系统是确保空间飞行器在轨寿命和任务效能的核心关键组件，在在轨飞行之前，进行充分的地面试验验证对于整个任务的成败至关重要。而空间飞行器的工作环境是无重力环境，为了能够在地面实现微重力、低摩擦的试验环境，需在地面搭建空间飞行器半实物仿真试验平台，实现空间三自由度的空间运动。
[0003]实现三自由度空间运动在现有的技术上通常以三轴气浮台为基础，搭配自动调平系统，然而三轴气浮台的调平难度大、调平时间长，且制作成本高，不利于快速验证姿态控制系统的控制能力。现有的三轴气浮台由三轴气浮装置、三轴调平装置、安装平台、控制系统组成，三轴调平装置需要调整质心与转动的球心重合；调平的时候同时调整水平和垂直方向的平衡，并与位置传感器配合，增加或者减少配平的质量，该过程时间久，干扰大；只能达到大概的平衡，再通过飞轮配合减少干扰力矩，才能够基本保持平衡，中间涉及控制算法的调整，增加操作难度；不利于快速验证姿态控制。
技术实现思路
[0004]为克服现有技术的缺陷，本专利技术要解决的技术问题是提供了一种大型单轴气浮台半物理仿真系统，其能够使X轴姿态控制、Y轴姿态控制、Z轴姿态控制分别独立进行，单独验证一个飞轮的控制算法和控制参数，通过充分试验优化完善一个飞轮的控制算法和控制参数，结构简单，操作难度大大减小，能够快速验证姿态控制系统的控制能力。
[0005]本专利技术的技术方案是：这种大型单轴气浮台半物理仿真系统，其包括：单轴气浮台（1）、转动平台（2）、调平装置（3）、电池盒（4）、PCU电源盒（5）、姿态控制盒（6）、星务盒（7）、陀螺仪盒（8）、磁强计盒（9）、水平仪（10）、脚垫（11）、转接板（121）、配重块（13）、配平槽口片（14）、配平装置；所述转动平台安装在单轴气浮台上；被检测的主控飞轮（12）通过转接板安装在转动平台的一侧，用于控制转动平台旋转；所述调平装置安装在转动平台的侧面，调平装置一共4个，安装在转动平台的4个侧面，所述电池盒安装在转动平台上；所述PCU电源盒安装在电池盒对侧，并与电池盒相连，所述PCU电源盒对电池盒的电源进行分配，给姿态控制盒、星务盒、陀螺仪盒、磁强计盒、以及主控飞轮供电；所述姿态控制盒位于PCU电源盒左侧，用于控制PCU电源分配，控制主控飞轮运行，控制星务盒与地面站通信，处理陀螺仪盒和磁强计盒所采集的数据；所述星务盒位于姿态控盒左侧，与地面通信；所述陀螺仪位于星务盒对
侧，用于检测转动平台的位置信息；所述磁强计位于转动平台的中间区域，用于检测磁场参数；所述水平仪有两个，位于转动平台的侧边；所述脚垫位于转动平台下方；所述配重块安装在转动平台下方；所述配平槽口片一共4个，均布在转动平台背面，与配平装置配合完成转动平台的基本调平。
[0006]在设计好一个主控飞轮及其控制算法后，被检测的主控飞轮通过转接板安装在转动平台的一侧，用于控制转动平台旋转，转动平台安装在单轴气浮台上，调平装置安装在转动平台的侧面，调平装置一共4个，安装在转动平台的4个侧面，电池盒、PCU电源盒、姿态控制盒、星务盒、陀螺仪、磁强计、水平仪合理布局，配重块安装在转动平台下方，配平槽口片一共4个，均布在转动平台背面，与配平装置配合完成转动平台的基本调平；空间飞行器姿态控制属于空间中的三轴转动控制，需要通过三个主控飞轮来实现，每个主控飞轮通过其控制参数和控制算法来实现对应轴的旋转，从而验证各个飞轮的控制参数和控制算法的正确性。本专利技术通过搭建在模拟太空状态下一个主控飞轮运转环境，将三轴转动控制拆分成单轴的转动控制，实现一个轴向的独立控制，然后再将设计好的第二个主控飞轮替换第一个主控飞轮安装到本专利技术的仿真系统中，通过本专利技术的仿真系统来验证第二个主控飞轮的控制参数和控制算法。然后再将设计好的第三个主控飞轮替换第二个主控飞轮安装到本专利技术的仿真系统中，通过本专利技术的仿真系统来验证第三个主控飞轮的控制参数和控制算法。因此能够使X轴姿态控制、Y轴姿态控制、Z轴姿态控制分别独立进行，单独验证每一个飞轮的控制算法和控制参数，通过充分试验优化完善一个飞轮的控制算法和控制参数，结构简单，操作难度大大减小，能够快速验证姿态控制系统的控制能力。在获取三个轴向的单独控制参数后，通过控制算法耦合三轴转动控制，从而验证由三个主控飞轮构成的空间飞行姿态控制。
[0007]还提供了一种大型单轴气浮台半物理仿真系统的工作方法，其包括以下步骤：（1）在地面先把转动平台以及转动平台上的执行机构安装好，再放到配平装置上的刀口支架上进行配平；先把竖直方向的两个配平槽口板放在两个刀口支架上，根据偏转方向，在底部安装配重块，再用调平装置进行微调，调整好竖直方向的平衡；再用同样的方法调整横向的平衡；（2）先给单轴气浮台通气，打开电池盒的电源开关，姿态控制盒接收太阳敏感器的太阳矢量或点光源位置信息、陀螺仪的角速度信息、磁强计的磁场信息；完成太阳或点光源矢量计算、太阳或点光源方向计算、地磁矢量计算、角速度信息处理和姿态确定；完成主控飞轮和X磁力矩器、Y磁力矩器的精确力矩和磁矩控制，以抵消环境干扰力矩对半物理仿真系统产生的扰动；（3）PCU电源盒给各个模块供电，姿态控制盒采集陀螺仪、磁强计、太敏/星敏/摄像头输出的测量信号，通过星务盒与地面站通信，显示各项参数信息，根据控制指令要求设计控制信号，然后向控制执行机构反作用飞轮发出控制指令，生成相应的控制力矩；根据飞轮转速反馈情况，当飞轮达到额定转速上限和下限时，启动磁力矩器对反作用飞轮进行卸载；其工作模式：速率阻尼、对日捕获、对日定向、对地定向、目标凝视、空间指向、惯性定向、大角度机动以及安全模式。
附图说明
[0008]图1示出了根据本专利技术的大型单轴气浮台半物理仿真系统的主视图。
[0009]图2示出了图1的结构去除单轴气浮台的结构示意图。
[0010]图3示出了图2的大型单轴气浮台半物理仿真系统的俯视图。
[0011]图4示出了图2的调平装置的结构示意图。
[0012]图5示出了图2的配平装置的结构示意图。
[0013]图6示出了图2的仰视图。
具体实施方式
[0014]如图1
‑
6所示，这种大型单轴气浮台半物理仿真系统，其包括：单轴气浮台1、转动平台2、调平装置3、电池盒4、PCU电源盒5、姿态控制盒6、星务盒7、陀螺仪盒8、磁强计盒9、水平仪10、脚垫11、主控飞轮12、转接板121、配重块13、配平槽口片14、配平装置；所述转动平台安装在单轴气浮台上；所述调平装置安装在转动平台的侧面，调平装置一共4个，安本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.大型单轴气浮台半物理仿真系统，其特征在于：其包括：单轴气浮台（1）、转动平台（2）、调平装置（3）、电池盒（4）、PCU电源盒（5）、姿态控制盒（6）、星务盒（7）、陀螺仪盒（8）、磁强计盒（9）、水平仪（10）、脚垫（11）、主控飞轮（12）、转接板（121）、配重块（13）、配平槽口片（14）、配平装置；所述转动平台安装在单轴气浮台上；所述调平装置安装在转动平台的侧面，调平装置一共4个，安装在转动平台的4个侧面，所述电池盒安装在转动平台上；所述PCU电源盒安装在电池盒对侧，并与电池盒相连，所述PCU电源盒对电池盒的电源进行分配，给姿态控制盒、星务盒、陀螺仪盒、磁强计盒、以及主控飞轮供电；所述姿态控制盒位于PCU电源盒左侧，用于控制PCU电源分配，控制主控飞轮运行，控制星务盒与地面站通信，处理陀螺仪盒和磁强计盒所采集的数据；所述星务盒位于姿态控盒左侧，与地面控制站通信；所述陀螺仪位于星务盒对侧，用于检测转动平台的位置信息；所述磁强计位于转动平台的中间区域，用于检测磁场参数；所述水平仪有两个，位于转动平台的侧边；所述脚垫位于转动平台下方；所述主控飞轮通过转接板安装在转动平台的一侧，用于控制转动平台旋转；所述配重块安装在转动平台下方；所述配平槽口片一共4个，均布在转动平台背面，与配平装置配合完成转动平台的调平。2.根据权利要求1所述的大型单轴气浮台半物理仿真系统，其特征在于：该系统还包括：干扰飞轮（16）、干扰飞轮转接板（161）、高精度陀螺仪（17）、高精度磁强计（18）、摄像头（19）；所述干扰飞轮通过干扰飞轮转接板安装在转动平台上，位于主控飞轮对侧，提供干扰力矩；所述高精度陀螺仪位于陀螺仪右侧；所述高精度磁强计位于转动平台的中间，磁强计的对侧；所述摄像头位于电池盒的左侧，用于图像定位，模拟太阳敏感器的对日定位功能。3.根据权利要求1所述的大型单轴气浮台半物理仿真系统，其特征在于：该系统还包括：干扰飞轮（16）、干扰飞轮转接板（161）、高精度陀螺仪（17）、高精度磁强计（18）、星敏（20）；所述干扰飞轮通过干扰飞轮转接板安装在转动平台上，位于主控飞轮对侧，提供干扰力矩；所述高精度陀螺仪位于陀螺仪右侧；所述高精度磁强计位于转动平台的中间，磁强计的对侧；所述星敏位于转动平台的左上角，用于对点光源定位，修正陀螺仪的漂移。4.根据权利要求1所述的大型单轴气浮台半物理仿真系统，其特征在于：该系统还包括：干扰飞轮（16）、干扰飞轮转接板（161）、高精度陀螺仪（17）、高精度磁强计（18）、太敏（21）；所述太敏位于电池盒的左侧，对点光源定位，修正陀螺仪的漂移。5.根据权利要求1所述的大型单轴气浮台半物理仿真系统，其特征在于：该系统还包括：垂直干扰飞轮（22）和垂直干扰飞轮安装板...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜金榜，侯建军，王建敏，田武刚，
申请(专利权)人：湖南揽月机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。