[发明专利]双超卫星八杆六自由度卫星平台解耦控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星平台微小运动控制技术领域，具体地，涉及一种双超卫星八杆六自由度卫星平台及其解耦控制方法

背景技术

按照传统载荷与卫星平台固连的设计方法，载荷指向与稳定度依靠卫星平台控制系统实现，但由于卫星平台高频微振动不可避免，且控制系统产品带宽、精度等能力有限，使得微振动“难测、难控”的技术瓶颈很难突破。针对这个问题设计的双超卫星(“超精超稳”卫星)通过非接触磁浮机构实现两舱的动静隔离，物理上直接消除平台舱高频微振动对载荷舱的不利影响。

载荷舱的高精度主动控制与两舱的相对位置控制均是通过磁浮机构实现的，如果姿控力和相对位置控制力相互影响即耦合，就无法实现载荷舱的超精超稳控制。因此必须做到使载荷舱的主动控制力矩与两舱的相对位置控制力完全解耦。传统方法一般采用六杆模型，以正三角形的形式均匀布局，同一位置的两个磁浮机构成90°夹角斜装，该模型测量、控制解耦和机构安装都很复杂，无冗余，且可靠性差。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种对称安装布局的双超卫星八杆六自由度卫星平台及其解耦控制方法，该卫星平台及控制方法通过合理配置磁浮机构数量和布局，以及实时动态分配力的输出有无、大小和方向来实现六自由度解耦控制，该方法可完全通过算法实现。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种双超卫星八杆六自由度卫星平台，包括载荷舱、平台舱和悬浮装置，所述悬浮装置设置于载荷舱与平台舱之间，所述载荷舱与平台舱通过悬浮装置非接触设置。

优选地，所述悬浮装置包括多个磁浮机构，其中每一个磁浮机构均包括：线圈31、 磁钢32、磁轭33以及支架34，其中，所述线圈31通过支架34连接到平台舱，所述磁钢32与载荷舱固连，所述支架34与磁轭33之间无物理连接，从而实现了载荷舱与平台舱之间的非接触设置。通过非接触设置，平台舱2的振动和干扰不会传输至载荷舱1，达到有效载荷14动中取静，载荷舱与平台舱动静隔离的效果。

优选地，所述线圈31到磁钢32径向的距离处处相等，形成线圈31的平衡位置。

优选地，所述磁浮机构还包括相对位置传感器35，所述相对位置传感器与磁浮机构一体化设计，相对位置传感器(电涡流传感器)分别测量磁浮机构的位移。

优选地，所述相对位置传感器和磁浮机构均为8个。

优选地，所述磁浮机构为八个，分别为磁浮机构A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4，八个磁浮机构A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4对称布局在平台舱上，其中，磁浮机构A1、A2、A3、A4位于平台舱的四个边角位置，且方向沿Z轴方向；磁浮机构B1、B2、B3、B4位于卫星平台的四边中点位置，其中，磁浮机构B1、B3方向沿Y轴方向，磁浮机构B2、B4方向沿X轴方向。

根据本发明的另一个方面，提供了一种上述双超卫星八杆六自由度卫星平台的解耦控制方法，包括如下步骤：

(a)建立载荷舱姿态动力学方程：

其中，F_i为磁浮机构产生的姿控力，T_d1为外界长周期干扰，能够通过磁浮机构的作用消除；I_p为载荷舱的惯量矩阵，为载荷舱角加速度，ω_p为载荷舱角速度，l_i为每个磁浮机构的力臂；

(b)建立平台舱姿态动力学方程为：

式中，I_s为平台舱惯量矩阵，ω为平台舱角速度，C_af1为+Y方向太阳帆板振动对卫星中心体转动的耦合系数阵，C_af2为-Y方向太阳帆板振动对卫星中心体转动的耦合系数阵，q_f1为+Y方向太阳帆板模态坐标，q_f2为-Y方向太阳帆板模态坐标，T_c为飞轮控制力矩，T_d2为帆板转动干扰力矩，Λ_f为太阳帆板模态频率对角阵，ζ_f为太阳帆板模态 阻尼系数；为平台舱角加速度，为+Y方向太阳帆板模态坐标的二阶导数，为-Y方向太阳帆板模态坐标的二阶导数，为+Y方向太阳帆板模态坐标的一阶导数，为-Y方向太阳帆板模态坐标的一阶导数，l′为每个磁浮机构的力臂，为+Y方向太阳帆板振动对卫星中心体转动的耦合系数阵的转置，为-Y方向太阳帆板振动对卫星中心体转动的耦合系数阵的转置；

(c)建立载荷舱位置控制方程：