[发明专利]微纳星的电磁装置设计方法、装置及重构控制方法

权利要求书

1.一种微纳星的电磁装置设计方法，其特征在于，包括步骤：

根据微纳星的构型，确定用于辅助所述微纳星重构的电磁装置的设计构型；所述微纳星为立方星，所述电磁装置的设计构型为立方构型；

控制所述电磁装置的线圈外径在设定外径范围内变化，开展线圈半径分别与电磁力和力矩之间关系的仿真试验，得到第一仿真试验结果；

根据线圈质量约束及所述第一仿真试验结果确定设计的目标线圈外径，得到设计的目标线圈半径；

基于所述目标线圈外径，控制线圈厚度在设定厚度范围内变化并开展线圈厚度分别与电磁力和力矩之间关系的仿真试验，得到第二仿真试验结果；

根据所述线圈质量约束及所述第二仿真试验结果确定设计的目标线圈厚度；

根据所述目标线圈半径和所述目标线圈厚度，计算得到线圈的目标长度及目标总质量；

根据所述立方星的框架密度及尺寸计算得到框架质量，根据所述线圈的目标总质量及所述框架质量，计算得到所述电磁装置的设计总质量。

2.根据权利要求1所述的微纳星的电磁装置设计方法，其特征在于，得到第一仿真试验结果的过程，包括：

在设定线圈电流下，分析两个相同立方星之间的距离为目标距离时的电磁力与力矩，得到线圈半径分别与电磁力和力矩的所述第一仿真试验结果。

3.根据权利要求1或2所述的微纳星的电磁装置设计方法，其特征在于，所述电磁装置的十二个线圈分别贴附在所述微纳星框架的十二条棱边内壁。

4.根据权利要求3所述的微纳星的电磁装置设计方法，其特征在于，所述立方星的框架为铝制框架，所述电磁装置的线圈为铜漆包线。

5.根据权利要求1所述的微纳星的电磁装置设计方法，其特征在于，所述电磁装置的磁场力通过如下模型确定：

其中，F_ij表示线圈i与线圈j之间的磁场作用力，dl表示线段微元，r表示相应线段微元间的矢径，μ₀表示真空磁导率，I表示线圈电流，l和k分别表示线圈i和线圈j的分段微元编号，M_i和M_j分别表示线圈i和线圈j的离散化段数。

6.一种应用权利要求1至5任一项所述的微纳星的电磁装置设计方法设计的微纳星的电磁装置，其特征在于，包括十二个相同尺寸的线圈，各所述线圈分别用于一一对应贴附至微纳星框架的十二条棱边内壁，各所述线圈的轴线与相应所述棱边平行，各所述线圈的长度小于各相应所述棱边的边长。

7.根据权利要求6所述的微纳星的电磁装置，其特征在于，所述线圈包括铜漆包线或银制线圈。

8.根据权利要求7所述的微纳星的电磁装置，其特征在于，所述铜漆包线的半径为11mm、线圈厚度为6mm、线圈长度为56mm且导线直径为1mm；所述框架为铝制框架，所述铝制框架的厚度为1mm且边长为100mm。

9.根据权利要求6至8任一项所述的微纳星的电磁装置，其特征在于，还包括至少八个距离传感器，各所述距离传感器分别装设在所述微纳星框架的各顶点；

各所述距离传感器分别用于测量所述微纳星绕立轴翻转重构时，两个所述微纳星之间相向翻转或相背翻转的相对距离。

10.一种微纳星的模块重构控制方法，其特征在于，应用权利要求6至9任一项所述的电磁装置，所述方法包括步骤：

分别调用预先构建的所述微纳星翻转过程控制的前段加速翻转操控模型以及后段基于鲁棒H_∞方法的减速翻转操控模型；

先后根据所述加速翻转操控模型和所述减速翻转操控模型，分别对两个所述微纳星的所述电磁装置的排斥线圈组及吸引线圈组进行通断电控制，完成两个所述微纳星的模块重构；

所述加速翻转操控模型为：

其中，I_acc(t)表示吸引线圈组的两个作动线圈的操控输入电流，I_max表示线圈通电最大电流，β(t)表示t时刻的旋转角度，β_lim表示旋转角临界条件；

所述减速翻转操控模型为：

其中，I_dec(t)表示排斥线圈组的两个作动线圈的操控输入电流，通过鲁棒H_∞方法设计得到，-I_max表示反向的线圈通电最大电流。