[发明专利]一种静电悬浮式天基超静平台系统

权利要求书

1.一种静电悬浮式天基超静平台系统，其特征在于包括：宁静参考系统、载荷平台、星上电极腔、电容检测电路、数字控制系统、驱动电路以及微推进器；其中：

宁静参考系统又包括参考质量块、真空腔、真空腔底座、位移传感器；宁静参考系统通过真空腔体底座与载荷平台固结为一个整体；参考质量块无机械连接地悬浮在真空腔内，作为宁静参考源运行于纯地球引力轨道上；位移传感器检测参考质量块在真空腔内的相对位移，并将检测得到的信号输出给数字控制系统；

星上电极腔固定在卫星本体上，其内壁铺覆有十二块电极，与载荷平台上的电极形成电容对；

载荷平台悬浮于星上电极腔内，用于安装宁静参考系统以及搭载超精密仪器；载荷平台外表面铺覆有十二块电极，可被星上电极腔上的电极通过静电力实现六自由度驱动，使其跟踪参考质量块运动，构成第一级无拖曳；

电容检测电路根据电容与电极间隙的物理关系，通过检测电容可获取载荷平台在星上电极腔内的相对位置，并将检测得到的信号输出给数字控制系统；

数字控制系统根据位移传感器和电容检测电路的输出，经控制算法处理后产生静电驱动力和微推进器的控制信号；

驱动电路将数字控制系统产生的静电力控制信号放大，并加载到星上电极腔的电极上，形成静电力，驱动载荷平台跟踪参考质量块，维持参考质量块在真空腔中的相对位置不变，实现载荷平台的第一级无拖曳控制；

微推进器可对卫星本体实现六自由度驱动，根据数字控制系统的微推进器控制信号产生微推力，驱动卫星本体及星上电极腔跟踪载荷平台，实现卫星本体的第二级无拖曳。

2.如权利要求1所述的一种静电悬浮式天基超静平台系统，其特征在于：所述宁静参考系统中的参考质量块自由悬浮于真空腔，其位移检测采用无接触式位移传感器，确保参考质量块只受地球引力支配，运行于纯引力轨道上，从而可作为整个系统的宁静参考源。

3.如权利要求2所述的一种静电悬浮式天基超静卫星平台系统，其特征在于：所述参考质量块悬浮在真空腔内，间隙约10um～1mm。

4.如权利要求1所述的一种静电悬浮式天基超静卫星平台系统，其特征在于：所述参考质量块为导电材料制成，为立方体，尺寸为4cm×4cm×1cm或4cm×4cm×4cm。

5.如权利要求1所述的一种静电悬浮式天基超静平台系统，其特征在于：所述载荷平台受外力扰动时，由星上电极腔发生高带宽、精确可控的静电力补偿扰动力，使载荷平台跟踪参考质量块，保持二者的相对位置，实现第一级无拖曳主动减振，抑制高低频段上的微振动，实现载荷平台的超静。

6.如权利要求1所述的一种静电悬浮式天基超静平台系统，其特征在于：所述卫星本体受外力扰动时，由微推进器发生微推力补偿扰动力，使卫星本体跟踪载荷平台，保持二者的相对位置，实现第二级无拖曳，利用二者间的极低静电负刚度实现被动隔振，极大衰减卫星本体对载荷平台的振动耦合，实现载荷平台的超静。

7.如权利要求1所述的一种静电悬浮式天基超静平台系统，其特征在于：所述载荷平台的表面电极通过电气连接成为一等势体，与星上电极腔形成差分电容。

8.如权利要求1所述的一种静电悬浮式天基超静平台系统，其特征在于：所述星上电极腔与载荷平台间构成的电容可复用于载荷平台的位置检测和驱动：通过差动电容检测可得到载荷平台在星上电极腔内的相对位置；另一方面，通过在星上电极腔的电极上施加电压可与载荷平台间形成静电力，可对载荷平台实现六自由度的驱动控制，作为载荷平台减振的控制力，实现载荷平台的超静。

9.如权利要求1所述的一种静电悬浮式天基超静卫星平台系统，其特征还在于：通过调整加载到星上电极腔上的预载电压和控制电压，可对天基超静平台系统进行系统重构，改变载荷平台的动态特性，使载荷平台的超静性能更优。