空间站对日定向装置半物理试验台关键技术

为有效模拟空间站对日定向装置驱动性能受柔性太阳翼的扰动,验证对日定向装置驱动控制性能,采用半物理试验技术对对日定向装置进行地面试验考核。设计超高刚度及运动误差无附加力自适应的半物理试验台,对支撑连接机构和加载单元进行有限元分析与刚度测试;建立大尺度柔性太阳翼的动力学模型,并采用Wilson θ法进行动力学模型的实时数值求解;运用跟踪微分法对对日定向装置低速运行下的角速度和角加速度进行估计;最后通过对半物理试验台的响应精度、加载有效性进行仿真和试验考核,结果表明试验台加载力矩幅值为 0~ 85 Nm、频率为0.01~3 Hz时,绝对精度优于0.85 Nm,相对精度优于1%,从而验证了半物理试验台对太阳翼扰动载荷模拟的真实有效性,可实现对日定向装置的性能测试。     

帆板驱动影响下的卫星姿态高精度高稳定度控制

受步进电机驱动作用,太阳帆板对日定向时卫星姿态受到影响。本文针对帆板驱动不平稳引起的同卫星姿态耦合干扰,提出了一种卫星姿态稳定和太阳帆板对日定向的复合控制方法。卫星姿态稳定采用自抗扰控制器,以估计补偿由帆板驱动和系统不确定性引起的干扰,并在此基础上,设计了步进电机自适应电流补偿驱动器,以克服帆板驱动机构摩擦力矩和谐波力矩影响。仿真结果表明,该方法能大大提高卫星姿态控制精度和稳定度,同时还改善了帆板对日定向的精度。
     

电动负载模拟器的自适应模糊PI控制策略

针对电动负载模拟器中存在的多余力矩问题以及不确定性因素对系统性能的影响问题,设计了一种自适应模糊PI控制策略。首先,通过分析电动负载模拟器的组成及工作原理,得到了其数学模型,基于模型分析了多余力矩的产生原因以及系统中存在的不确定因素,分析了系统特性;其次,设计了力矩微分负反馈校正环节和自适应模糊PI控制器,并通过引入前馈补偿法,实现了对多余力矩进一步的抑制;然后,应用Matlab软件,仿真了所设计自适应模糊PI控制器的有效性,仿真结果表明该控制策略可将多余力矩抑制在99%以上,系统在8 Hz正弦力矩信号加载下的幅差小于10%,相差小于10°;最后,在搭建的实验平台上进行了验证,结果表明多余力矩抑制率能达到85%以上,且动态加载能满足"双十"指标。因此,该控制方法可有效抑制多余力矩,使系统具有良好的动态跟踪性能。     

卫星太阳电池阵模拟器工作模式研究

为了使太阳电池阵模拟器更真实地模拟卫星太阳电池阵在轨工作请况,首先,设计了一种易于工程实现的太阳电池阵模拟器硬件系统结构,同时为实现最大功率点运行,设计了卫星负载变换电路来实现卫星负载与太阳电池阵模拟器的阻抗匹配。其次,总结了太阳电池阵模拟器与卫星负载组成的系统的3种特性、6种工作点,分析了3种特性下系统工作点的建立过程。最后,采用太阳电池阵模拟器和卫星负载模拟器(电子负载)分别对3种特性下的系统工作模式进行了试验分析,试验结果证明了系统设计与理论分析的正确性和有效性。该设计与分析方法已在多套太阳电池阵模拟器中得到应用,使太阳电池阵模拟器与卫星组成的系统性能得到了优化。     

对日定向半物理试验台的加载有效性验证

提出了一种基于扭振系统的半物理试验系统加载有效性验证方案,对扭振系统进行了设计,建立了扭振系统的动力学模型,通过仿真分析验证了方案的合理性,并最终通过实物验证来对比动力学模型产生的加载力矩曲线与实物产生的力矩曲线的一致性,实现了对空间站对日定向半物理试验系统加载有效性的考核。实验结果表明,半物理试验系统具有较高的加载精度,满足测试要求。通过特性清晰已知等效模型的考核,对提高试验系统的直观性及可信度具有重要意义,此方法对其它半物理试验设备的性能测试具有一定的借鉴意义。     

电动直线舵机方波加载系统研究

研究对象为以永磁直流电机为作动单元的电动负载模拟器,研究目的在于寻找一 种控制算法能够使该系统能够尽可能真实地模拟某型电动直线舵机在实际工作过程中所受到 的力。首先建立了电动加载系统的数学模型,然后在Matlab环境下分析了系统的动态特 性,并且根据系统的实际工作条件进行了仿真,作为实际控制系统算法的设计根据,最后提 出了PID控制加指令前馈的控制方案,并且在VC+〖KG-*2〗+编程环境下完成加载系统实际控 制软件的 编写。通过对直线舵机实物测试,完全达到了系统的控制性能指标要求,说明该控制算法能 够有效地应用于电动直线舵机方波加载系统中,具有较高的工程实践价值。     

空间站柔性太阳电池翼对日跟踪控制

空间站柔性太阳电池翼高稳定对日跟踪驱动控制,对于保障空间站长期在轨能源安全和平稳运行具有重要意义。在推导柔性太阳电池翼动力学模型、柔性体模态分析和截断、Alpha对日定向装置机电系统模型、非线性传动系统模型的基础上,对空间站柔性太阳电池翼对日跟踪控制系统进行设计。采用Heaviside五次样条变速规划、位置和速度两级闭环、速度环陷阱滤波器柔性振动抑制的组合方案,实现空间站柔性太阳电池翼高稳定驱动控制。通过对典型工况的仿真校核,验证所设计的控制方案可实现跟踪精度优于0.3°、速度偏差±0.005(°)/s、稳定度优于7%@0.065(°)/s的性能指标。同时,Alpha对日定向装置的启动和变速过程中驱动力矩不大于30 N·m,稳速运行期间驱动力矩不大于5 N·m。各项性能指标要好于国际空间站Alpha对日定向装置,满足使用要求。     

太阳帆板联动机构同步机理分析与动力优化

通过对绳索联动机构(CCL)进行等效简化,分析CCL同步展开机理,并建立数学模型。详细推导了含CCL联动系统的动力学方程,以某型太阳帆板展开同步性为例,仿真分析展开动力学过程以及大幅不同步产生的原因。以整个展开过程中最大不同步量最小为优化目标,建立联动系统优化模型,并采用序列二次规划算法(SQP)对驱动力矩参数进行了优化设计。相对驱动力矩为正值的传统设计方法,根部驱动力矩为负值的优化结果有效降低联动绳索负载,改善了太阳帆板展开同步性。     

采用单轴双太阳帆板空间站的一种姿态定向模式

采用单轴双帆板供电和单框架控制力矩陀螺(SGCMG)作为执行机构的倾斜轨道空间站,当太阳方向与轨道面夹角较大时,帆板的光照条件不易保证,为此本文针对这种类型的空间站设计了一种姿态定向模式以保证帆板的光照条件,并通过在阴影区姿态机动,利用重力梯度力矩对SGCMG进行卸载。仿真结果表明,该姿态定向模式满足太阳帆板的光照条件,重力梯度力矩卸载方法保证了SGCMG中的角动量不超出给定的范围。     

月面巡视探测器太阳帆板热电耦合仿真计算

文章建立了月面巡视探测器太阳帆板热电耦合计算模型,制定了太阳帆板的对日定向方案和输出电能分配方案,通过数值模拟获得了月面白昼期间太阳帆板的温度及电能输出,分析了太阳帆板背面包覆隔热材料前后及帆板是否对日定向等方案的计算结果。计算表明,当帆板不对日定向时其背面包覆隔热材料对其温度场及电能输出无明显影响,对日定向时帆板温度随时间的分布规律发生了明显改变,此时帆板背面包覆隔热材料使其温度明显上升,但帆板顶面与背面的温差减小。     

Unloading law for a LEO spacecraft with two-gimbals solar array

The purpose of this paper is to present a modified cross-product unloading law that can be used to provide an open-loop compensation control design to counteract the predominant effects of the gravity gradient torque. The modified cross-product unloading law, is successfully applied to a three-axis stabilized, nadir-pointed LEO spacecraft with two-gimbals solar array. The variation of the two solar array orientations can significantly change the spacecraft's moment of inertia during the nominal operation mode, which can produce significant momentum accumulation in the roll–yaw body plane and cause large yaw pointing error. A rigorous study of momentum management performance capability has been conducted by using a high-fidelity performance simulation software that contains models of four environmental disturbance torque (gravity gradient, aerodynamic, solar, and magnetic). The simulation results show that the proposed momentum unloading control law has enabled a substantial reduction in the maximum accumulated roll momentum, which results in improving the pointing accuracy of the LEO spacecraft enormously.     

某卫星挠性附件姿态动力学研究

根据导出的某有大型太阳帆板的挠性卫星数学模型,分析了模型中挠性振动对质心和姿态运动的影响,给出了卫星系统的动力学方程,并对帆板展开、卫星稳态运行的模型作工程化处理。分析和仿真结果表明：该方法能降低模型的复杂度,满足大型卫星的姿态指向精度和稳定度要求。     

太阳翼展开锁定最大冲击载荷修正方法

太阳翼展开锁定过程产生的锁定冲击载荷是卫星设计的重要指标,太阳翼设计时一般通过地面试验或仿真对该载荷进行估计。文章提出一种对太阳翼展开锁定过程最大锁定冲击载荷的修正方法。此方法在试验或仿真得出的载荷-时间曲线的基础上,参考模态分析结果或载荷曲线的频率分布情况,按频段分解,调整相位后再进行叠加,得到修正后的可能最大载荷。...     

月面巡视探测器太阳帆板热电耦合仿真计算

文章建立了月面巡视探测器太阳帆板热电耦合计算模型,制定了太阳帆板的对日定向方案和输出电能分配方案。通过数值模拟获得了月面白昼期间太阳帆板的温度及电能输出,分析了太阳帆板背面包覆隔热材料前后及帆板是否对日定向的计算结果。计算表明:当帆板不对日定向时,其背面包覆隔热材料对其温度及电能输出无明显影响;对日定向时,帆板温度随时间的分布规律发生了明显改变,此时帆板背面包覆隔热材料使其温度明显上升,但帆板正面与背面的温差减小。     

一种二维展开太阳翼的展开动力学仿真分析

在介绍一种二维展开太阳翼构型及组成的基础上,用ADAMS软件建立了二维展开太阳翼柔性动力学仿真模型,模型中为模拟太阳翼驱动装置(SADA)的保持力矩,在SADA上设置了摩擦阻力矩。仿真结果表明,二维展开太阳翼侧板在空间展开锁定不同步,由此而导致侧板锁定对SADA会产生多次冲击。此结论可为二维太阳翼的构型及其铰链设计,以及SADA在轨控制策略提供参考和借鉴。     

使用太阳模拟器进行热平衡试验的附加外热流影响分析

航天器的结构复杂化与表面热光学性能差异,使得航天器热平衡试验中对大型太阳模拟器的需求越来越大。文章根据离轴式太阳模拟器的结构,分析了使用太阳模拟器进行热平衡试验时,真空容器中附加外热流的来源及其对试验的影响,并通过建立热控星模型和容器与热控星的联合模型进行仿真计算,给出温度分布结果,进而提出相应的试验设计改进建议。     

KFTA太阳模拟器研制

KFTA太阳模拟器是一台光线水平入射的离轴准直型太阳模拟器,其离轴角为25?、辐照面的直径为600 mm。在太阳模拟器的研制中,采用了具有一定技术难度和风险的氙灯水平点燃技术方案。文章从方案设计、系统设计、关键技术及其调试试验等方面,介绍和分析了KFTA太阳模拟器的设计计算方法。KFTA太阳模拟器的成功研制对于建造大型太阳模拟器具有参考价值。     

天线指向机构位置伺服的H_∞-PID控制研究

针对大型卫星天线指向机构高精度高可靠性的要求,研制了一种永磁同步电机驱动的新型天线指向机构.在建立双质量体驱动模型的基础上,以ITAE(时间乘以误差绝对值积分)为优化指标,在H_∞混合灵敏度约束下PID参数的稳定域内,采用遗传算法对PID控制器的参数进行了优化.最后采用优化的PID控制器对指向机构进行了控制仿真和实验验证,结果表明系统具有响应快速而平稳、抗负载扰动和模型误差能力强的特点.