基于磁浮作动器和Stewart音圈电机的两级主动隔振指向卫星平台构型 |
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| 申请号 | CN202311771383.8 | 申请日 | 2023-12-20 | 公开(公告)号 | CN117719698A | 公开(公告)日 | 2024-03-19 |
| 申请人 | 上海卫星工程研究所; | 发明人 | 薛久明; 徐莹; 向秀娟; 张丹丹; 张如变; 周徐斌; 沈毅力; 张健; 周丽平; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种涉及卫星隔振构型设计领域的基于磁浮作动器和Stewart音圈 电机 的两级主动隔振指向卫星平台构型，包括卫星平台、后端主动隔振、 载荷 后端、中间舱段、前端主动隔振以及载荷前端，载荷前端通过前端主动隔振与卫星的中间舱段连接，载荷后端通过后端主动隔振与卫星平台连接，载荷后端和载荷前端分别通过后端主动隔振和前端主动隔振实现对卫星平台的振动隔离，并通过调整载荷后端指向和 位置 实现载荷后端和载荷前端的对准。本发明能够为分体式载荷前端部分和后端部分的同时提供安静的工作环境，实现两部分载荷的解耦控制；提出的卫星构型简单，可在高低轨道卫星中使用，尤其是在微振动要求高、卫星规模大、载荷复杂的大型光学卫星等领域。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于磁浮作动器和Stewart音圈电机的两级主动隔振指向卫星平台构型，其特征在于，包括卫星平台(1)、后端主动隔振(2)、载荷后端(3)、中间舱段(4)、前端主动隔振(5)以及载荷前端(6)，所述载荷前端(6)通过所述前端主动隔振(5)与卫星的所述中间舱段(4)连接，所述载荷后端(3)通过所述后端主动隔振(2)与所述卫星平台(1)连接，所述载荷后端(3)和所述载荷前端(6)分别通过所述后端主动隔振(2)和所述前端主动隔振(5)实现对所述卫星平台(1)的振动隔离，并通过调整所述载荷后端(3)指向和位置实现所述载荷后端(3)和所述载荷前端(6)的对准； |
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| 说明书全文 | 基于磁浮作动器和Stewart音圈电机的两级主动隔振指向卫星平台构型 技术领域[0001] 本发明涉及卫星隔振构型设计领域，具体地，涉及基于磁浮作动器和Stewart音圈电机的两级主动隔振指向卫星平台构型。 背景技术[0002] 随着航天器规模和功能越来越复杂，需要配置大型的挠性附件和转动机构，如太阳帆板、天线、遮光罩、控制力矩陀螺等，影响卫星的高精度成像、快速姿态机动和稳定。且随着功能复杂的分体式载荷出现，传统的一级主动隔振不能同时实现载荷前、后端均需要实现振动隔离和对准控制，因此需要设计新的分别对载荷前、后端实现振动隔离的卫星构型。 [0003] 虞自飞等在专利《卫星飞轮用微振动隔振与吸振联合减振装置》(CN201410588759 .6)和《卫星控制力矩陀螺群用微振动并联隔振装置》 (CN201410572359.6)中设计了一种由吸振弹性单元和阻尼层等组成的被动隔振装置，降低飞轮、CMG等振源的微振动响应。该被动隔振系统为典型的单机被动隔振，仍然不能满足高精度光学等载荷对微振动的指标需求。 [0004] 周刘彬等在专利《一种电磁式主被动复合隔振器》(CN201510396715.8)中设计了一种被动隔振器和非接触主动电磁执行器串联的主被动复合隔振装置，有效隔离不同频率段的振动。但该装置只用于隔振，无法实现指向控制的功能。 [0005] 郑钢铁等在专利《卫星有效载荷多自由度隔振器及系统》(CN201110058327.0)中设计了一种应用于隔离平台振动的被动隔振器，并利用该隔振器设计了隔振系统，实现平台振动向载荷传递的衰减。该被动隔振结构简单，但隔振效率较主动隔振较低。 [0006] 汤亮等在专利《一种航天器多级复合控制的超高精度姿态》(CN201810588771.5)描述了卫星平台、主动主动指向超静平台、快反镜三级隔振平台，通过振源、载荷、快反镜三级振动补偿，为载荷载荷超静环境。但该方法无法实现分离载荷的隔振设计。 [0007] 张伟等在专利《双超卫星八杆六自由度卫星平台及其解耦控制方法》(CN201810588771.5)中描述了基于磁浮作动器的非接触两舱卫星构型，通过空间的非接触隔离平台微振动，但只应用于平台、载荷两体卫星。 [0008] 目前，未见对载荷前后端实现分别主动隔振指向的研究。本发明基于非接触磁浮作动器和Stewart音圈电机技术，设计了两级主动隔振指向的卫星构型。 发明内容[0010] 根据本发明提供的一种基于磁浮作动器和Stewart音圈电机的两级主动隔振指向卫星平台构型，包括卫星平台、后端主动隔振、载荷后端、中间舱段、前端主动隔振以及载荷前端，载荷前端通过前端主动隔振与卫星的中间舱段连接，载荷后端通过后端主动隔振与卫星平台连接，载荷后端和载荷前端分别通过后端主动隔振和前端主动隔振实现对卫星平台的振动隔离，并通过调整载荷后端指向和位置实现载荷后端和载荷前端的对准； [0011] 后端主动隔振采用六台Stewart音圈电机，前端主动隔振采用八台磁浮作动器；或者，后端主动隔振采用八台磁浮作动器，前端主动隔振采用六台Stewart音圈电机。 [0012] 优选的，载荷前端通过前端主动隔振与卫星平台非接触连接，前端主动隔振保持载荷前端和卫星平台的相对位置和相对姿态，避免发生载荷和卫星平台的碰撞。 [0013] 优选的，载荷后端通过后端主动隔振与卫星平台非接触连接，通过反馈载荷后端相对载荷前端的相对位置和相对姿态信息，计算控制指令，实现载荷后端对准载荷前端，满足载荷要求。 [0014] 优选的，载荷后端和载荷前端的相对位置和相对姿态通过高精度测量装置进行精确测试，高精度测量装置实现对相对位姿的闭环控制。 [0015] 优选的，通过闭环控制实现载荷后端相对载荷前端的相对位置和相对姿态保持在要求的控制。 [0016] 优选的，后端主动隔振、载荷后端、前端主动隔振以及载荷前端分别连接于卫星服务舱内，中间舱段固连于卫星服务舱，且中间舱段为前端主动隔振提供结构支撑。 [0017] 优选的，载荷后端和载荷前端通过舱间线缆或者无线通信、激光通信实现信息交互。 [0018] 优选的，载荷后端和载荷前端通过舱间线缆实现供电。 [0019] 优选的，卫星平台上安装有运动部件、挠性部件以及贮箱，卫星平台实现整星能源供给、星地信息交互以及服务舱的轨道和姿态控制。 [0020] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果： [0021] 本发明能够为分体式载荷前端部分和后端部分的同时提供安静的工作环境，实现两部分载荷的解耦控制；提出的卫星构型简单，可在高低轨道卫星中使用，尤其是在微振动要求高、卫星规模大、载荷复杂的大型光学卫星等领域。附图说明 [0022] 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，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显： [0023] 图1为本发明实施例1的结构示意图； [0024] 图2为本发明实施例2的结构示意图。 [0025] 图中标号：卫星平台1、后端主动隔振2、载荷后端3、中间舱段4、前端主动隔振5、载荷前端6。 具体实施方式[0026] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。 [0027] 实施例1 [0028] 根据本发明提供的一种基于磁浮作动器和Stewart音圈电机的两级主动隔振指向卫星平台构型，如图1所示，包括卫星平台1、后端主动隔振2、载荷后端3、中间舱段4、前端主动隔振5以及载荷前端6，后端主动隔振2采用六台Stewart音圈电机，前端主动隔振5采用八台磁浮作动器。 [0029] 载荷前端6通过前端主动隔振5与卫星的中间舱段4连接，载荷后端3通过后端主动隔振2与卫星平台1连接。通过布局非接触的前端主动隔振5实现载荷前端6和卫星平台1的振动隔离，通过反馈载荷前端6相对卫星平台1的相对位置和相对姿态信息，计算控制指令，保证载荷前端6和卫星平台1间距保持在一定范围，避免发生载荷和卫星平台1的碰撞。通过布局后端主动隔振2实现载荷后端3和卫星平台1的振动隔离，通过反馈载荷后端3相对载荷前端6的相对位置和相对姿态信息，计算控制指令，并通过调整载荷后端3指向和位置实现载荷后端3对准载荷前端6，满足载荷要求。为实现对相对位姿的闭环控制，需要配置高精度测量装置对载荷后端3和载荷前端6的相对位置和相对姿态进行精确测试，作为相对位姿控制的测量信息。通过闭环控制实现载荷后端3相对载荷前端6的相对位置和相对姿态保持在要求的控制。 [0030] 载荷后端3和载荷前端6通过舱间线缆或者无线通信、激光通信实现信息交互，且载荷后端3和载荷前端6通过舱间线缆实现供电。载荷后端3和载荷前端6分别为分离式载荷的后端和前端，两部分的相对位置和相对姿态需要保持在一定的范围内，协同配合，才能满足载荷的工作需求。后端主动隔振2、载荷后端3、前端主动隔振5以及载荷前端6分别连接于卫星服务舱内，中间舱段4固连于卫星服务舱，且中间舱段4为前端主动隔振5提供结构支撑。 [0031] 卫星平台1上安装有控制力矩陀螺等运动部件、太阳翼、大型天线等挠性部件、贮箱等，主要实现整星能源、信息、姿态控制等功能，安装推力器和储箱实现卫星的轨道调整和轨道位置；安装两翼太阳帆板、驱动机构、蓄电池组和PCDU实现能源供给；安装测控、数传天线和驱动机构，实现对地信息传输；安装六台控制力矩陀螺，实现整星的姿态机动和稳定控制。 [0032] 实施例2 [0033] 本实施例2是在实施例1的基础上完成的，如图2所示，具体如下： [0034] 后端主动隔振2采用八台磁浮作动器，前端主动隔振5采用六台Stewart音圈电机。 |
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