[发明专利]一种基于磁悬浮轴承的柔性航天器动力学模型的建模方法

说明书

本发明涉及航天器动力学建模技术领域，具体地说是一种基于磁悬浮轴承的柔性航天器动力学模型及建模方法，其设有卫星本体、太阳能电池帆板、姿控飞轮和有效荷载，太阳能电池帆板对称的设置在卫星本体的两侧，太阳能电池帆板经步进电机进行驱动，所述的卫星平台上连接姿控飞轮，特征在于所述的有效荷载经磁悬浮轴承与卫星本体相连接，建模方法步骤如下：步骤一、基本构型描述；步骤二、基本假设；步骤三、坐标系定义；步骤四、各组件运动学描述；步骤五、虚功率计算；步骤六、推导整星系统动力学方程，具有建模方法简便，建模过程简单易懂，便于计算机编程及实现的优点。

技术领域

本发明涉及航天器动力学建模技术领域，具体地说是一种建模方法简便，建模过程简单易懂，便于计算机编程及实现的基于磁悬浮轴承的柔性航天器动力学模型及建模方法。

背景技术

众所周知，随着我国航天技术的发展，进一步提高遥感卫星有效载荷的控制精度和稳定度成为卫星技术发展的重要内容。影响控制精度和稳定度的一个重要的因素就是轴承的性能。传统的机械轴承存在配合间隙，轴承运动副元素之间的相对位置精度靠加工和装配精度保证，并且随着轴承磨损的加剧，其工作精度降低，并且会产生振动，从而严重影响到卫星有效载荷的控制精度和稳定度。

目前，与机械轴承相比，磁悬浮轴承利用电磁力使转子处于悬浮状态，没有机械损耗，因而没有摩擦，没有润滑；调节电磁力可以对转子位置实现控制，能够使转子在轴向和径向精确移动；而且可以主动地控制引起低振动噪声的不平衡干扰。磁悬浮轴承的这些优点可以有效地提高卫星有效载荷的控制精度和稳定度，但是目前磁悬浮轴承尚未被应用到卫星有效载荷的连接上。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种建模方法简便，建模过程简单易懂，便于计算机编程及实现的基于磁悬浮轴承的柔性航天器动力学模型及建模方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于磁悬浮轴承的柔性航天器动力学模型，设有卫星本体、太阳能电池帆板、姿控飞轮和有效荷载，太阳能电池帆板对称的设置在卫星本体的两侧，太阳能电池帆板经步进电机进行驱动，所述的卫星平台上连接姿控飞轮，其特征在于所述的有效荷载经磁悬浮轴承与卫星本体相连接。

一种基于磁悬浮轴承的柔性航天器动力学的建模方法，其特征在于建模方法步骤如下：

步骤一、基本构型描述：根据整星系统的结构特点将其分解为卫星本体、太阳能电池帆板、姿控飞轮和有效荷载，并对卫星本体、太阳能电池帆板、姿控飞轮和有效荷载进行逐个描述；

步骤二、基本假设：根据卫星的轨道和结构特征，给出动力学建模的基本假设；

步骤三、坐标系定义：建立质心轨道坐标系和卫星本体、太阳能电池帆板、姿控飞轮与有效荷载相应的体坐标系；

步骤四、各组件运动学描述：对卫星本体、太阳能电池帆板、姿控飞轮和有效荷载进行运动学描述，求出卫星本体、太阳能电池帆板、姿控飞轮和有效荷载上任意一点的位移、速度、加速度和速度变分；

步骤五、虚功率计算：在此基础上，分别计算卫星本体、太阳能电池帆板、姿控飞轮和有效荷载的虚功率；

步骤六、推导整星系统动力学方程：利用速度变分原理推导出整星系统的动力学方程。

本发明所述的有效荷载为相机、天线、扫描仪或其他各组件。

本发明的有益效果及优点：

1.本发明主要解决了磁悬浮轴承在卫星有效载荷上应用时的精细动力学建模问题，并提供了一种基于磁悬浮轴承的柔性航天器动力学建模方法。

2.本发明中航天器有效载荷与卫星本体之间通过磁悬浮轴承连接，有效荷载采用磁悬浮轴承支撑，有机荷载分别经磁悬浮轴承的转子部分、磁悬浮轴承的定子部分与星本体固结。