[发明专利]一种应用于双级霍尔推力器耦合磁场的解耦合控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制方法，特别涉及一种应用于双级霍尔推力器耦合磁场的解耦合控制方法。

背景技术

电推进是一项利用电能离解和加速工质，使其形成高速的等离子体射流而产生推力的技术。与化学推进相比，具有比冲高、推力小、能重复启动、重量轻和寿命长等特点，因而可以用作航天器的姿态控制、轨道转移和提升、轨道修正、阻力补偿、位置保持、离轨处理、宇宙探测和星际航行等任务。第一代霍尔推力器(SPT)等电推进装置的在轨应用，标志着航天推进系统的电推进改革，化学推进最终将由发展成熟的电推进所取代。但第一代霍尔推力器也在实际应用中也暴露出了一些问题，如利用工质单一且稀少、等离子射流发散角大、推力器变工况范围窄等。由此发展出了双级霍尔推力器设计技术，将推力器的电离和加速过程独立控制。这样可针对于电离级进行多种工质的高效电离问题的研究，有利于发展多种工质的推力器；又可相对独立的对加速级等离子体定向射流控制问题进行研究，可实现推力器在轨的两个主要工作模式：变轨(大质量流量，大推力，F模态)和姿态控制(小质量流量，高比冲，I模态)两种相对独立的工况下都能稳定、高效运行的目标。而且这样的设计在其放电电流和电压的震荡、推力器羽流控制和工质的电离效率等方面都有优秀的表现。

双级霍尔推力器的典型代表有微波电离式、发射电极式和势阱式，其共同特点是由于结构的复杂化导致磁场控制的耦合问题严重。又由于双级霍尔推力器在工作原理上电离和加速过程有相对独立调节控制的特点，使其磁场耦合问题严重突出，如不解决该问题将使得对任何一级的控制操作会严重的影响另一级，产生的联合现象也不利于对双级霍尔推力器试验的影响因素分析研究。

发明内容

本发明目的是为了解决双级霍尔推力器电离和加速过程有相对独立调节控制的特点，使其磁场耦合问题严重突出，导致对任何一级的控制操作会严重的影响另一级的问题，提出了一种应用于双级霍尔推力器耦合磁场的解耦合控制方法。

本发明的一种应用于双级霍尔推力器耦合磁场的解耦合控制方法，所述控制方法的控制对象为势阱式双级霍尔推力器，它包括如下步骤：

步骤一：对待控制的势阱式双级霍尔推力器的磁路用FEMM进行建模：

所述势阱式双级霍尔推力器的励磁线圈包括加速级第一励磁线圈、加速级第二励磁线圈、电离级第三励磁线圈和三个电离级第四励磁线圈，其中三个电离级第四励磁线圈采用串联的工作模式；

步骤二：根据电离级第三励磁线圈的匝数N₃、三个电离级第四励磁线圈的匝数N₄和零磁通量公式N₃I₃+N₄I₄＝0的条件，得到电离级第三励磁线圈的电流I₃与电离级第四励磁线圈的I₄的比例；

步骤三：根据电离级第三励磁线圈的电流I₃与电离级第四励磁线圈的I₄的比例，调节电离级第三励磁线圈和电离级第四励磁线圈的电流，使电离级产生最大值150～200G的磁感应强度；再调节加速级第一励磁线圈和加速级第二励磁线圈的电流，直到势阱式双级霍尔推力器维持放电。

本发明还提供了一种应用于双级霍尔推力器耦合磁场的解耦合控制方法，

所述控制方法的控制对象为势阱式双级霍尔推力器，所述势阱式双级霍尔推力器的电离级第三励磁线圈的匝数N₃与三个电离级第四励磁线圈的匝数N₄相等；

所述控制方法包括如下步骤：

步骤一：对待控制的势阱式双级霍尔推力器的磁路用FEMM进行建模：

所述势阱式双级霍尔推力器的励磁线圈包括加速级第一励磁线圈、加速级第二励磁线圈、电离级第三励磁线圈和三个电离级第四励磁线圈，其中三个电离级第四励磁线圈采用串联的工作模式；

步骤二：根据电离级第三励磁线圈的电流I₃与电离级第四励磁线圈的I₄的比例，调节电离级第三励磁线圈和电离级第四励磁线圈的电流，使电离级产生最大值150～200G的磁感应强度；再调节加速级第一励磁线圈和加速级第二励磁线圈的电流，直到势阱式双级霍尔推力器维持放电。