[发明专利]一种双轴太阳电池阵驱动装置及其运动规划方法

说明书

本发明提供了一种双轴太阳电池阵驱动装置，包括两套结构完全相同的+Y驱动装置、‑Y驱动装置，所述+Y驱动装置、‑Y驱动装置分别安装于卫星星体的±Y面，双轴太阳阵驱动装置的A轴与卫星星体安装固连，并与卫星星体坐标系的Z轴平行，双轴太阳阵驱动装置的B轴与A轴垂直，并且与卫星星体坐标系的XOY面平行。本发明还提供了一种双轴太阳电池阵驱动装置的运动规划方法，通过计算A轴、B轴的转角，对双轴太阳电池阵驱动装置进行运动规划。本发明的有益效果是：在装置驱动能力约束下，既解决了太阳电池阵对日跟踪运动奇点问题，又保证了太阳电池阵具有较高的对日跟踪效率。

技术领域

本发明涉及太阳电池阵驱动装置，尤其涉及一种双轴太阳电池阵驱动装置及其运动规划方法。

背景技术

太阳电池阵驱动装置主要驱动控制卫星太阳电池阵对日定向，以保证卫星能源供应。目前普遍采用的太阳电池阵驱动装置具备一个或者两个转动自由度，即单轴驱动装置或者双轴驱动装置，装置工作时需根据太阳指向及其它约束条件规划并控制机构运动，以使卫星太阳电池阵指向太阳。

双轴太阳阵驱动装置包括A轴、B轴，常用的双轴组合构型为：A轴与卫星星体Y轴平行，B轴垂直于A轴且与卫星星体坐标系XOZ面平行，见图1。该构型的优点在于能够实现在轨道周期全程对日跟踪，太阳阵驱动装置运动规划较为简单。针对这一构型，公开号为CN102004492B的专利提出了一种双轴帆板控制方法，利用太阳敏感器测量获得的太阳方向矢量，在此基础上进行双轴太阳阵驱动装置运动规划，驱动控制太阳电池阵对日跟踪。图1所示双轴太阳阵驱动装置在卫星Z轴方向的运动没有约束，这在一些特定场合不适用，例如，卫星布置在±Z轴方向的天线、星间通信装置需要避免因太阳阵Z轴方向运动而受遮挡干扰。针对上述特定应用场合，需要采用图2所示双轴太阳阵驱动装置构型：A轴与卫星星体Z轴平行，B轴垂直于A轴且与卫星星体坐标系XOY面平行。图2所示的双轴太阳阵驱动装置驱动太阳电池阵对日跟踪时存在运动奇点，运动规划过程较为复杂，目前未见公开文献阐述针对图2装置的运动规划方法。

图2所示双轴太阳阵驱动装置在驱动太阳电池阵对日的过程中，存在运动奇点，在奇点附近要求驱动装置的驱动能力趋于无穷大，即转动角速度趋于无穷大，这在工程上是无法实现的。在规划实现太阳电池阵尽可能对日的同时，考虑到工程可行性，还需要在装置驱动能力约束下进行合理规划，既要实现运动奇点附近平滑运动过渡，又要避免太阳电池阵对日跟踪效率下降过大。

因此，如何提供一种双轴太阳电池阵驱动装置运动规划方法，在装置驱动能力约束下，既解决了太阳电池阵对日跟踪运动奇点问题，又保证了太阳电池阵具有较高的对日跟踪效率，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种双轴太阳电池阵驱动装置及其运动规划方法。

本发明的具体实施方式是：提供了一种用于卫星星体的双轴太阳电池阵驱动装置，包括两套结构完全相同的+Y驱动装置、-Y驱动装置，所述+Y驱动装置安装在卫星星体的+Y面，所述-Y驱动装置安装在卫星星体的-Y面，所述+Y驱动装置和所述-Y驱动装置分别包括A轴和B轴，双轴太阳阵驱动装置的A轴与卫星星体安装固连，并与卫星星体坐标系的Z轴平行，所述A轴和所述B轴垂直，所述B轴与卫星星体坐标系的XOY面平行，所述+Y驱动装置和所述-Y驱动装置分别驱动太阳电池阵绕各自的所述A轴摆动，所述+Y驱动装置和所述-Y驱动装置分别驱动太阳电池阵绕各自的所述B轴转动，所述A轴处于零位时，所述B轴指向与XOZ面垂直，与所述Y轴平行，所述B轴处于零位时，太阳电池阵法线与卫星本体坐标系Z轴平行，A轴期望转角记为B轴期望转角记为θ，采用分段限速规划方法计算获取A轴期望转角和B轴期望转角θ，根据A轴期望转角和B轴期望转角θ驱动其运动。

本发明进一步的优选方式是：计算A轴本周期转角增量时，则向A轴机构正方向输出n个脉冲信号，时，则向A轴机构负方向输出n个脉冲星信号；计算B轴本周期转角增量Δθ，Δθ≥0时，则向B轴机构正方向输出m个脉冲信号，Δθ＜0时，则向B轴机构负方向输出m个脉冲星信号。