适用于超低温和真空环境下的三轴姿态调整系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于超低温和真空环境下的三轴姿态调整系统及方法，涉及姿态调整技术领域。包括：大气侧模块、真空侧模块以及转接口；其中，大气侧模块包括计算机单元，与计算机单元通过网口通讯连接的测控单元，以及与测控单元通过线缆连接的大气侧接口；真空侧模块包括三轴转台，以及与三轴转台通过真空线缆连接的真空侧接口；大气侧接口与真空侧接口通过转接口连接。本发明专利技术以特种电机、角度传感器和轴承为三轴转台核心部件，并将控制系统位于常温大气环境中，避免三轴转台受超低温和真空的影响，保证整个三轴姿态调整系统性能。保证整个三轴姿态调整系统性能。保证整个三轴姿态调整系统性能。

【技术实现步骤摘要】
适用于超低温和真空环境下的三轴姿态调整系统及方法


[0001]本专利技术涉及姿态调整
，尤其涉及一种适用于超低温和真空环境下的三轴姿态调整系统及方法。

技术介绍

[0002]在航天飞行器设备装配、测试和试验中，常需调整被测设备的三维姿态，这依赖三轴姿态调整设备实现。通常，航天飞行器工作在超低温和真空环境下，因此三轴姿态调整机构也被要求在超低温和真空下工作。然而，在超低温和真空环境下，三轴转台的机械结构的配合均会由紧变松，会极大的影响转台的性能，并且三轴转台内部的电机、轴承、旋转变压器等关键部件受温度影响很大。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有超低温和真空环境下，三轴转台的机械结构的配合均会由紧变松，会极大的影响转台的性能，并且三轴转台内部的电机、轴承、旋转变压器等关键部件受温度影响很大的问题，提出了本专利技术。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一方面，本专利技术提供了一种适用于超低温和真空环境下的三轴姿态调整系统，该系统包括大气侧模块、真空侧模块以及转接口。
[0006]其中，大气侧模块包括计算机单元，与计算机单元通过网口通讯连接的测控单元，以及与测控单元通过线缆连接的大气侧接口。
[0007]真空侧模块包括三轴转台，以及与三轴转台通过真空线缆连接的真空侧接口。
[0008]大气侧接口与真空侧接口通过转接口连接。
[0009]可选地，计算机单元包括计算机设备以及三轴转台测控软件。
[0010]计算机单元，用于通过测控单元进行三轴转台的运行控制、数据采集以及状态显示。
[0011]可选地，测控单元包括控制模块、电机驱动模块以及测角模块。
[0012]其中，控制模块采用高性能嵌入式系统进行全数字的控制运算，用于控制电机驱动模块进行特种步进电机的旋转驱动，并控制采样频率。
[0013]电机驱动模块，用于对控制模块的控制运算的输出信号进行功率放大。
[0014]可选地，测角模块采用单相激磁两相鉴幅方案。
[0015]测角模块，用于采集三轴转台的特种角度传感器的角位置信息以及角速率运算，并向控制模块提供角位置信息以及角速率数据。
[0016]可选地，三轴转台的每个轴采用带前馈控制的双闭环控制运算结构，双闭环控制运算结构包括位置反馈外环以及速度反馈内环。
[0017]其中，反馈外环用于保证系统的跟踪精度。
[0018]速度反馈内环用于提高系统的快速响应性能。
[0019]可选地，三轴转台包括特种步进电机、特种角度传感器以及特种轴承部件。
[0020]特种步进电机采用无刷力矩电机作为直驱电机。
[0021]特种角度传感器采用选装感应同步器作为反馈。
[0022]特种轴承部件采用超低温油脂，并保证滴点高于预设温度阈值。
[0023]可选地，三轴转台的结构零件表面进行消光发黑处理。
[0024]可选地，三轴转台的设计指标包括负载30kg、俯仰角
‑
50
°
～+90
°
、偏航角
±
90
°
、滚转角
±
90
°
、准确度0.1
°
、工作温度
‑
100℃～+50℃以及工作环境真空度10
‑1Pa～10
‑2Pa。
[0025]可选地，转接口采用Feedthrough连接器。
[0026]另一方面，本专利技术提供了一种适用于超低温和真空环境下的三轴姿态调整方法，该方法由适用于超低温和真空环境下的三轴姿态调整系统实现，该系统包括大气侧模块、真空侧模块以及转接口。
[0027]该方法包括：
[0028]大气侧模块生成控制指令，发送至真空侧模块；其中，大气侧模块包括计算机单元，与计算机单元通过网口通讯连接的测控单元，以及与测控单元通过线缆连接的大气侧接口。
[0029]真空侧模块接收控制指令，并完成三轴姿态调整；其中，真空侧模块包括三轴转台，以及与三轴转台通过真空线缆连接的真空侧接口。
[0030]大气侧接口与真空侧接口通过转接口连接。
[0031]可选地，计算机单元包括计算机设备以及三轴转台测控软件。
[0032]计算机单元，用于通过测控单元进行三轴转台的运行控制、数据采集以及状态显示。
[0033]可选地，测控单元包括控制模块、电机驱动模块以及测角模块。
[0034]其中，控制模块采用高性能嵌入式系统进行全数字的控制运算，用于控制电机驱动模块进行特种步进电机的旋转驱动，并控制采样频率。
[0035]电机驱动模块，用于对控制模块的控制运算的输出信号进行功率放大。
[0036]可选地，测角模块采用单相激磁两相鉴幅方案。
[0037]测角模块，用于采集三轴转台的特种角度传感器的角位置信息以及角速率运算，并向控制模块提供角位置信息以及角速率数据。
[0038]可选地，三轴转台的每个轴采用带前馈控制的双闭环控制运算结构，双闭环控制运算结构包括位置反馈外环以及速度反馈内环。
[0039]其中，反馈外环用于保证系统的跟踪精度。
[0040]速度反馈内环用于提高系统的快速响应性能。
[0041]可选地，三轴转台包括特种步进电机、特种角度传感器以及特种轴承部件。
[0042]特种步进电机采用无刷力矩电机作为直驱电机。
[0043]特种角度传感器采用选装感应同步器作为反馈。
[0044]特种轴承部件采用超低温油脂，并保证滴点高于预设温度阈值。
[0045]可选地，三轴转台的结构零件表面进行消光发黑处理。
[0046]可选地，三轴转台的设计指标包括负载30kg、俯仰角
‑
50
°
～+90
°
、偏航角
±
90
°
、滚转角
±
90
°
、准确度0.1
°
、工作温度
‑
100℃～+50℃以及工作环境真空度10
‑1Pa～10
‑2Pa。
[0047]可选地，转接口采用Feedthrough连接器。
[0048]上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0049]上述方案，以特种电机、角度传感器和轴承作为三轴转台的核心部件，将控制系统位于常温大气环境中，并通过真空线缆、真空接插件连接控制系统与真空中的转台机构，可以保证整个三轴姿态调整机构于超低温和真空环境下的性能。
附图说明
[0050]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于超低温和真空环境下的三轴姿态调整系统，其特征在于，所述系统包括大气侧模块、真空侧模块以及转接口；其中，所述大气侧模块包括计算机单元，与所述计算机单元通过网口通讯连接的测控单元，以及与所述测控单元通过线缆连接的大气侧接口；所述真空侧模块包括三轴转台，以及与所述三轴转台通过真空线缆连接的真空侧接口；所述大气侧接口与所述真空侧接口通过所述转接口连接。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计算机单元包括计算机设备以及三轴转台测控软件；所述计算机单元，用于通过所述测控单元进行三轴转台的运行控制、数据采集以及状态显示。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测控单元包括控制模块、电机驱动模块以及测角模块；其中，所述控制模块采用高性能嵌入式系统进行全数字的控制运算，用于控制所述电机驱动模块进行特种步进电机的旋转驱动，并控制采样频率；所述电机驱动模块，用于对所述控制模块的控制运算的输出信号进行功率放大。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述测角模块采用单相激磁两相鉴幅方案；所述测角模块，用于采集所述三轴转台的特种角度传感器的角位置信息以及角速率运算，并向所述控制模块提供角位置信息以及角速率数据。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三轴转台的每个轴采用带前馈控制的双闭环控制运算结构，所述双闭环控制运算结构包括位置反馈外环以及速度反馈内环；其中，所述反馈外环用于保证系统的跟踪精度；速度反馈内环用于提高系统的快速响应性能。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三轴转台包括特种步进电机、特种角度传感器以及特种轴承部件；所述特种步进电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：劳达宝，王方，王玉凯，全永彬，刘雨坤，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：