CN106218924B - 空间站α对日定向装置驱动性能地面半物理测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种空间站α对日定向装置驱动性能地面半物理测试系统，包括：高刚度龙门架（铸铁龙门架（101）、滚珠丝杠导轨（102）、导轨运动电机（103）、升降台（104））、基座（铸铁平台（201）、重载导轨（202）、自锁滑台（203））、加载系统（力矩电机（301）、角度传感器（302）、扭矩传感器（303））、扰动载荷测量系统（扭矩传感器（401）、支撑法兰（402）、安全保护栏（403））、α对日定向装置（5），它可以考核空间站α对日定向装置驱动大柔性太阳电池翼负载在启动、运行、制动等过程中的驱动性能，并可用于α对日定向系统闭环控制策略的设计和评估。

Description

空间站α对日定向装置驱动性能地面半物理测试系统
技术领域
本发明涉及空间站α对日定向装置驱动性能地面半物理测试系统，它可以考核空间站α对日定向装置驱动大柔性太阳电池翼负载在启动、运行、制动等过程中的驱动性能，并可用于α对日定向系统闭环控制策略的设计和评估。
技术背景
随着航天技术的发展，航天器规模越来越庞大，对于能源的需求也随之增加，势必要求太阳电池阵面积越来越大。
以国际空间站太阳电池阵为例，其单侧翼板大约为32.6m×11.6m。预计我国的空间站太阳电池阵翼展大于70m，展开面积接近100m2，负转动惯量不小于3×105kg.m2，负载重量达2t以上。要驱动如此大的太阳翼负载实现对日定向，需要一个很大的α对日定向装置。根据初步估算，我国空间站α对日定向系统在启动及正常运转工况下的峰值输出力矩分别达到200Nm以上。同时，考虑到α对日定向系统作为空间站上最大运动装置，需要其在克服空间站舱体的扰动影响后，仍能实现高稳定驱动太阳翼对太阳定向。
因此，需要研制一套α对日定向装置驱动性能地面测试系统，考察大型太阳电池翼与α对日定向装置之间的动力学耦合作用，并用于对产品驱动性能的测试和评估。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
本发明提供一种空间站α对日定向装置驱动性能地面半物理测试系统，它可以考核空间站α对日定向装置驱动大柔性太阳电池翼负载在启动、运行、制动等过程中的驱动性能，并可用于α对日定向系统闭环控制策略的设计和评估。
为了实现上述技术方案，本发明的空间站α对日定向装置驱动性能地面半物理测试系统，高刚度龙门架、基座、加载系统、扰动载荷测量系统、α对日定向装置（5）；所述高刚度龙门架对基座、加载系统、扰动载荷测量系统、α对日定向装置提供各安装机械接口，包括加载系统和扰动载荷测量系统的相对安装面；
所述基座采用抛光铸铁平台（201）上，布置双向重载导轨（202），导轨上安装自锁滑台（203）用于实现α对日定向装置（5）在试验台轴向装配时具有进动、定位、制动、锁紧功能；所述加载系统用于实现对α对日定向装置（5）驱动时，提供模拟扭转载荷；所述扰动载荷测量系统用于实时测量α对日定向装置（5）工作时对安装面的反作用力矩；所述空间站α对日定向装置（5）驱动性能地面半物理测试系统中的测控计算机和控制计算机对整个测试装置进行管理，数据采集、处理、以及不同控制模型的建立和下载。
高刚度龙门架对整个测试系统提供各安装机械接口，包括加载系统和扰动载荷测量系统的相对安装面。由铸铁龙门架（101）、滚珠丝杠导轨（102）、导轨运动电机（103）、升降台（104）组成。其中滚珠丝杠导轨（102）、导轨运动电机（103）都有相互承载的两套。提供较高的抬升运动定位精度。
加载系统用于实现对α对日定向装置（5）驱动时，提供模拟扭转载荷。其中，力矩电机（301）按控制指令提供扭转力矩，扭矩传感器（303）与力矩电机（301）实现力矩闭环，从而确保力矩加载精度。角度传感器（302）测量α对日定向装置（5）的运动角位移，并经过差分解算，估计出角速度和角加速度。
扰动载荷测量系统用于实时测量α对日定向装置（5）工作时对安装面的反作用力矩。同时，为确保地面试验时α对日定向装置（5）产品安全，提供机械保护。其中，扭矩传感器（401）测量扭矩，支撑法兰（402）和安全保护栏（403）提供机械保护。
本发明的空间站α对日定向装置驱动性能地面半物理测试系统，可以考核空间站α对日定向装置驱动大柔性太阳电池翼负载在启动、运行、制动等过程中的驱动性能，并可用于α对日定向系统闭环控制策略的设计和评估。
附图说明
图1为空间站α对日定向装置驱动性能地面半物理测试系统方案示意图；
图2为本发明实施例的扭矩加载与测量组件构造示意图；
图3为本发明实施例采用的基础支撑平台示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详尽的描述：
参考图1为空间站α对日定向装置驱动性能地面半物理测试系统方案示意图，本发明可以用于考核空间站α对日定向装置驱动大柔性太阳电池翼负载在启动、运行、制动等过程中的驱动性能，并可用于α对日定向系统闭环控制策略的设计和评估。
系统组成包括，高刚度龙门架：铸铁龙门架101、滚珠丝杠导轨102、导轨运动电机103、升降台104；基座：铸铁平台201、重载导轨202、自锁滑台203；加载系统力矩电机301、角度传感器302、扭矩传感器303；扰动载荷测量系统：扭矩传感器401、支撑法兰402、安全保护栏403；α对日定向装置5。
图2为扭矩加载与测量组件构造示意图。加载系统用于实现对α对日定向装置5驱动时，提供模拟扭转载荷。扭矩载荷的指令来自测控计算机根据当前α对日定向装置5的转动速度和加速度解算出的加载力矩值提供指令。
其中，力矩电机301按控制指令提供扭转力矩，扭矩传感器303与力矩电机301实现力矩闭环，从而确保力矩加载精度。角度传感器302测量α对日定向装置5的运动角位移，并经过差分解算，估计出角速度和角加速度。
扰动载荷测量系统用于实时测量α对日定向装置5工作时对安装面的反作用力矩。同时，为确保地面试验时α对日定向装置5产品安全，提供机械保护。其中，扭矩传感器401测量扭矩，支撑法兰402和安全保护栏403提供机械保护。
图3为基础支撑平台示意图。高刚度龙门架对整个测试系统提供各安装机械接口，包括加载系统和扰动载荷测量系统的相对安装面。由铸铁龙门架101、滚珠丝杠导轨102、导轨运动电机103、升降台104组成。其中滚珠丝杠导轨102、导轨运动电机103都有相互承载的两套。提供较高的抬升运动定位精度。
测试系统的基座采用抛光铸铁平台201上，布置双向重载导轨202，导轨上安装自锁滑台203用于实现α对日定向装置5在试验台轴向装配时具有进动、定位、制动、锁紧功能。
对于其他未叙述的部件功能，由附图中可以明显看出，且为本领域普通技术人员所熟知，在此不一一详述。需要说明的是，上述只对本发明进行示意性的阐述和说明，对本发明的任意修改和替换，都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种空间站α对日定向装置驱动性能地面半物理测试系统，其特征在于，包括：高刚度龙门架、基座、加载系统、扰动载荷测量系统、α对日定向装置(5)；
所述高刚度龙门架对基座、加载系统、扰动载荷测量系统、α对日定向装置提供各安装机械接口，包括加载系统和扰动载荷测量系统的相对安装面；
所述基座采用抛光铸铁平台(201)上，布置双向重载导轨(202)，重载导轨(202)上安装自锁滑台(203)用于实现α对日定向装置(5)在试验台轴向装配时具有进动、定位、制动、锁紧功能；
所述加载系统用于实现对α对日定向装置(5)驱动时，提供模拟扭转载荷；
所述扰动载荷测量系统用于实时测量α对日定向装置(5)工作时对安装面的反作用力矩；
所述空间站α对日定向装置(5)驱动性能地面半物理测试系统中的测控计算机和控制计算机对整个测试系统进行管理，数据采集、处理、以及不同控制模型的建立和下载。
2.如权利要求1所述的空间站α对日定向装置驱动性能地面半物理测试系统，其特征在于，所述高刚度龙门架由铸铁龙门架(101)、滚珠丝杠导轨(102)、导轨运动电机(103)、升降台(104)依次连接组成，其中滚珠丝杠导轨(102)、导轨运动电机(103)都有相互承载的两套，提供较高的抬升运动定位精度。
3.如权利要求1所述的空间站α对日定向装置驱动性能地面半物理测试系统，其特征在于，所述加载系统包括力矩电机(301)、角度传感器(302)、扭矩传感器(303)，力矩电机(301)按控制指令提供扭转力矩，扭矩传感器(303)与力矩电机(301)实现力矩闭环，从而确保力矩加载精度；角度传感器(302)测量α对日定向装置(5)的运动角位移，并经过差分解算，估计出角速度和角加速度。
4.如权利要求1所述的空间站α对日定向装置驱动性能地面半物理测试系统，其特征在于，所述扰动载荷测量系统采用扭矩传感器(401)、支撑法兰(402)、安全保护栏(403)依次连接，扭矩传感器(401)测量扭矩，支撑法兰(402)和安全保护栏(403)提供机械保护。
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