[发明专利]一种大型旋转载荷动平衡控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及力学领域，更具体地说，涉及一种大型旋转载荷动平衡控制方法。

背景技术

对地观测在国民经济建设和国防建设中发挥着越来越重要的作用，作为航天高科技皇冠上的明珠，有效载荷的功能、性能决定了应用的广度和深度。目前世界各大国都在抓紧进行光学、红外、无线电、微波等有效载荷的研究，应用范围涉及测绘、资源勘查、侦察、气象、通信、导弹预警等领域。有效载荷往往涉及机、电、光、热多个学科，需要多学科协同工作才能完成预定的任务和功能。

某些有效载荷为了成像和保证一定的幅宽必须做扫描操作，因此载荷中不可避免地包含有转动部件，而转动部件的动不平衡现象会对其所在的平台产生扰动，影响卫星的姿控和有效载荷成像，甚至危害整个卫星的安全。因此需要对转动部件进行动平衡控制。

目前，转动部件动平衡控制主要集中在陀螺、飞轮等小型高速转动部件和自旋航天器等超大型自由转动部件上，对大型低速旋转载荷的动平衡控制的研究很少。随着应用范围的不断扩大和深入，对旋转载荷动平衡控制理论和方法的研究越来越迫切。

转动部件动平衡一般采用专用平衡机来实现，如陀螺转子平衡使用陀螺转子平衡机，自旋航天器配平使用宇航平衡机。普通平衡机一般由机械振动系统、驱动系统和电气测量系统三大部件组成，而陀螺转子平衡机由于陀螺自驱动特性，因而只有机械振动系统和电气测量系统。自旋航天器配平用的宇航平衡机由于航天器自身不能转动，因而必须含有驱动系统。但有这样一类旋转载荷：它的结构较为复杂，包括有转动体、承力外筒，所述转动体被安装在承力外筒里，如果仅对转动体进行配平，可能由于安装问题，旋转载荷整机工作时仍存在不平衡量，而残余不平衡量会对卫星姿控产生影响。现有技术中，在对旋转载荷进行动平衡控制时，仅对旋转载荷转动体进行配平，无法减少转动体安装在承力外筒所带来的不平衡量，不能满足旋转载荷动平衡控制的要求。

发明内容

为了克服现有技术中大型旋转载荷动不平衡对姿态扰动的问题，本发明提出一种能够减小旋转载荷动不平衡量对平台扰动影响的大型旋转载荷动平衡控制的方法。

为了达到上述发明目的，本发明提供了一种大型旋转载荷动平衡控制方法，包括：

步骤1)、创建多体挠性姿态动力学与控制模型，利用该模型验证旋转载荷残余动不平衡量指标，然后根据所述旋转载荷的特点和所述残余动不平衡量指标，选择合适的动平衡机；

步骤2)、对所述旋转载荷中的转动体做平衡试验；

步骤3)、将所述转动体安装到所述旋转载荷中后，对整个旋转载荷做动平衡试验，根据试验结果做配平操作，直到残余动不平衡量满足指标要求，最后输出旋转载荷最终的残余动不平衡量；

步骤4)、对旋转载荷的残余动不平衡量进行校验。

上述技术方案中，所述步骤2)包括：

步骤2-1)、对所述转动体的挠性部分做静平衡试验，根据静平衡试验的结果对所述转动体挠性部分做配平，输出所得到的静平衡配平参数；

步骤2-2)、将转动体挠性部分的质心尽量配平到转轴位置，然后将配平好的转动体挠性部分与转动体其余部分总成进行动平衡试验，并根据所述动平衡试验结果做动平衡配平，输出所得到的动平衡配平参数；

步骤2-3)、将转动体总成旋转轴配平成惯性主轴，旋转体总成质心配平到转轴位置。

上述技术方案中，在所述步骤4)中，所述校验包括数学仿真校验，在所述数学仿真校验的过程中，将步骤3)所得到的旋转载荷的残余动不平衡量输入到步骤1)所建立的多体挠性姿态动力学与控制模型中，检验所述残余动不平衡量对姿态的影响。考察检验结果是否能够满足已知的姿态控制系统的指标要求。

上述技术方案中，在所述步骤4)中，所述校验还包括全物理仿真校验，在所述全物理仿真校验的过程中，将步骤3)中配平好的旋转载荷整机放置在三轴气浮台上进行全物理仿真试验，检测输出旋转载荷转动产生的干扰力矩，并分析其对姿态的影响，若不满足已知的姿态控制系统的指标要求，则需重新进行步骤2)和步骤3)的操作。

上述技术方案中，在所述的步骤1)中，所述的多体挠性姿态动力学与控制模型如下面的公式(1)所示：