CN106644535A - 一种姿控系统全物理仿真用三自由度磁浮台 - Google Patents
一种姿控系统全物理仿真用三自由度磁浮台 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106644535A CN106644535A CN201610822351.XA CN201610822351A CN106644535A CN 106644535 A CN106644535 A CN 106644535A CN 201610822351 A CN201610822351 A CN 201610822351A CN 106644535 A CN106644535 A CN 106644535A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetic
- control system
- freedom
- supporting
- platform
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
一种姿控系统全物理仿真用三自由度磁浮台,包括负载平台、磁轴承组、支承基座三个模块。负载平台上放置姿控系统的各种单机。磁轴承组给负载平台提供三个自由度的可控磁力,悬浮负载平台,使其在三个转动方向上自由运动。支承基座模块使给非悬浮状态下的负载平台提供支承和保护作用。本发明使用磁轴承悬浮负载平台,可以在真空、高低温环境下进行姿控系统全物理仿真,使姿控系统全物理仿真更接近太空环境。本发明设计了一种三自由度全解耦磁悬浮轴承分布结构,实现对负载平面三自由度平动控制力的同时,不产生转动力矩,同时消除了气浮台的气流扰动,并且可以主动隔离振动,提高了全物理仿真的精度。本发明适用于对小卫星进行三自由度全物理仿真。
Description
技术领域
本发明涉及一种姿控系统全物理仿真用三自由度磁浮台,适用于对小卫星进行三自由度全物理仿真,具有全物理仿真真空环境、高低温环境的能力。
背景技术
航天器姿控系统全物理仿真平台用以在地面上模拟太空环境下的航天器运动,其上搭载航天器上使用的单机。全物理仿真比数学仿真更接近航天器实际运行环境、精度更高,且可以考察各单机对姿控系统性能的影响。航天器姿控系统全物理仿真对验证航天器控制系统方案设计的正确性、检验实际控制性能至关重要。
目前姿控系统全物理仿真平台主要采用气浮台形式。气浮台的气浮轴承喷射出高压气体产生反作用力用以平衡气浮台的重力,同时在气浮轴承与轴承窝之间形成一层气膜,使得气浮台可以模拟出外太空中微重力以及零摩擦的卫星运动。但是,气浮台具有以下不足:
(1)加工难度大:气隙大小只有10~20微米,对气浮轴承的球面粗糙度要求极高。
(2)扰动大:气浮轴承喷射出的高压气体会对负载端产生一定的气流扰动,这些扰动均降低物理仿真精度。
(3)无法模拟热真空环境:基于气浮台的全物理仿真需要在常温常压下进行。各单机的性能随温度、真空度等环境参数变化,会影响姿控系统的稳定度和精度。虽然各单机系统均经过热真空、热循环实现,但整个姿控系统在真空、高低温环境下的控制稳定性和精度无法进行全物理仿真。
李智斌,李明航,李健等发明了一种单轴全物理仿真磁浮台(CN200710064795.2),将转台的框架轴用磁轴承悬浮,模拟一个自由度的零摩擦运动。但是,模拟航天器姿态控制需要三个自由度。
发明内容
本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足,提供了一种姿控系统全物理仿真用三自由度磁浮台,该系统用磁轴承悬浮负载仿真平台,实现对姿控系统的三自由度全物理仿真。消除了气浮台负载端无气流扰动,同时可实现主动隔振。可对整个姿控系统在真空、高低温环境下的控制稳定性和精度进行三自由度全物理仿真。
本发明的技术方案是:一种姿控系统全物理仿真用三自由度磁浮台,包括负载平台、磁轴承组和支承基座;负载平台上放置姿控系统的各种姿控系统单机;磁轴承组给负载平台提供三个自由度的可控磁力,悬浮负载平台,使其在三个转动方向上自由运动;支承基座给非悬浮状态下的负载平台提供支承和保护作用。
所述的负载平台为哑铃结构,包括支承球台、连接轴和负载面;支承球台位于中间位置,支承球台的球面粗糙度不超过10微米;连接轴有两个,均为圆筒形,两个连接轴的一端分别固定在支承球台的两个台面上,连接轴的中心轴通过支承球台的球心,并与支承球台的台面垂直;负载面有两个,为薄圆台形,两个连接轴的另一端分别固定在两个负载面上,负载面的中心轴与连接轴的中心轴重合;姿控系统单机固定在负载面上;连接轴中心轴放置有平衡块A,在负载面上平衡块B、平衡块C,调整平衡块A、平衡块B、平衡块C的位置,使支承球台的球心与负载平台的质心重合。
所述的磁轴承组包括三个独立的磁轴承,即第一磁轴承、第二磁轴承、第三磁轴承;三个磁轴承均固定到外部真空罐内壁顶端;每个磁轴承有N、S两个磁极,磁极端面均为球凹面,球面粗糙度不超过10微米;在悬浮支承球台的情况下,各磁极中心轴均通过支承球台的球心;磁轴承两磁极中心轴的中线为磁轴承中心轴,三个磁轴承中心轴两两垂直,给支承球台提供磁力,实现对负载平台的三自由度平动运动的悬浮解耦控制。
所述支承基座由圆柱台和三个万向轴承组成;圆柱台下部为圆柱状,固定到外部真空罐内壁低端;圆柱台上部有三个斜台面,斜台面以圆柱台顶端圆面圆心为中心,相隔120度圆周分布,斜台面顶端法线通过支承球台的球心,斜台面与圆柱台顶面夹角为35.3度;三个万向轴承固定在斜台面上,万向轴承与负载平台球面三个接触点之间的距离为支承球台半径的倍;支承基座上端面外沿嵌入橡胶圈,对负载平台起到限位保护作用。
本发明与现有技术相比的有益效果是:
本发明使用磁轴承悬浮负载平台,可以在真空、高低温环境下进行姿控系统全物理仿真,使姿控系统全物理仿真更接近太空环境。本发明设计了一种三自由度全解耦磁悬浮轴承分布结构,实现对负载平面三自由度平动控制力的同时,不产生对负载平台的转动力矩,同时消除了气浮台的气流扰动,并且可以主动隔离负载和真空罐的振动,提高了全物理仿真的精度。
附图说明
图1为姿控系统全物理仿真用磁浮台结构框图;
图2为负载平台结构图;
图3为负载平台静平衡调整结构图;
图4为磁轴承分布俯视图;
图5为支承基座结构图。
具体实施方式
如图1所示,本发明主要包括三个模块:1、负载平台;2、磁轴承组;3、支承基座。负载平台上放置姿控系统的各种单机。磁轴承组给负载平台提供三个自由度的可控磁力,悬浮负载平台,使其在三个转动方向上自由运动。支承基座给非悬浮状态下的负载平台提供支承和保护作用。
如图2所示为负载平台结构图,负载平台为哑铃结构,包括支承球台、连接轴和负载面;支承球台位于中间位置,为球台体,支承球台的球面粗糙度不超过10微米;连接轴有两个,均为圆筒形,两个连接轴的一端分别固定在支承球台的两个台面上,连接轴的中心轴通过支承球台的球心,并与支承球台的台面垂直;负载面有两个,为薄圆台形,两个连接轴的另一端分别固定在两个负载面上,负载面的中心轴与连接轴的中心轴重合;姿控系统单机固定在负载面上。
图3所示为负载平台静平衡调整结构图,在连接轴的中心轴放置平衡块A,在负载面两垂直轴上放置平衡块B、平衡块C,用直线电机驱动平衡块A、平衡块B、平衡块C,调整其位置,使支承球台的球心与负载平台的质心重合。
图4所示为磁轴承组分布俯视图,磁轴承组包括三个独立的磁轴承,即第一磁轴承、第二磁轴承、第三磁轴承;三个磁轴承均固定到真空罐内壁顶端;每个磁轴承有N、S两个磁极,磁极端面均为球凹面,球面粗糙度不超过10微米;在悬浮支承球台的情况下,各磁极中心轴均通过支承球台的球心;磁轴承两磁极中心轴的中线为磁轴承中心轴,三个磁轴承中心轴两两垂直,给支承球台提供磁力,实现对负载平台的三自由度平动运动的悬浮解耦控制。
如图5所示为支承基座结构图。支承基座由圆柱台和三个万向轴承组成。圆柱台下部为圆柱状,固定到真空罐内壁低端;圆柱台上部有三个斜台面,斜台面以圆柱台顶端圆面圆心为中心,相隔120度圆周分布,斜台面顶端法线通过支承球台的球心,斜台面与圆柱台顶面夹角为35.3度。三个万向轴承固定在斜台面上,万向轴承与负载平台球面三个接触点之间的距离为支承球台半径的倍。支承基座上端面外沿嵌入橡胶圈,对负载平台起到限位保护作用。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (4)
1.一种姿控系统全物理仿真用三自由度磁浮台,其特征在于:包括负载平台、磁轴承组和支承基座;负载平台上放置姿控系统的各种姿控系统单机;磁轴承组给负载平台提供三个自由度的可控磁力,悬浮负载平台,使其在三个转动方向上自由运动;支承基座给非悬浮状态下的负载平台提供支承和保护作用。
2.根据权利要求1所述的一种姿控系统全物理仿真用三自由度磁浮台,其特征在于:所述的负载平台为哑铃结构,包括支承球台、连接轴和负载面;支承球台位于中间位置,支承球台的球面粗糙度不超过10微米;连接轴有两个,均为圆筒形,两个连接轴的一端分别固定在支承球台的两个台面上,连接轴的中心轴通过支承球台的球心,并与支承球台的台面垂直;负载面有两个,为薄圆台形,两个连接轴的另一端分别固定在两个负载面上,负载面的中心轴与连接轴的中心轴重合;姿控系统单机固定在负载面上;连接轴中心轴放置有平衡块A,在负载面上平衡块B、平衡块C,调整平衡块A、平衡块B、平衡块C的位置,使支承球台的球心与负载平台的质心重合。
3.根据权利要求1所述的一种姿控系统全物理仿真用三自由度磁浮台,其特征在于:所述的磁轴承组包括三个独立的磁轴承,即第一磁轴承、第二磁轴承、第三磁轴承;三个磁轴承均固定到外部真空罐内壁顶端;每个磁轴承有N、S两个磁极,磁极端面均为球凹面,球面粗糙度不超过10微米;在悬浮支承球台的情况下,各磁极中心轴均通过支承球台的球心;磁轴承两磁极中心轴的中线为磁轴承中心轴,三个磁轴承中心轴两两垂直,给支承球台提供磁力,实现对负载平台的三自由度平动运动的悬浮解耦控制。
4.根据权利要求1所述的一种姿控系统全物理仿真用三自由度磁浮台,其特征在于:所述支承基座由圆柱台和三个万向轴承组成;圆柱台下部为圆柱状,固定到外部真空罐内壁低端;圆柱台上部有三个斜台面,斜台面以圆柱台顶端圆面圆心为中心,相隔120度圆周分布,斜台面顶端法线通过支承球台的球心,斜台面与圆柱台顶面夹角为35.3度;三个万向轴承固定在斜台面上,万向轴承与负载平台球面三个接触点之间的距离为支承球台半径的倍;支承基座上端面外沿嵌入橡胶圈,对负载平台起到限位保护作用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610822351.XA CN106644535B (zh) | 2016-09-13 | 2016-09-13 | 一种姿控系统全物理仿真用三自由度磁浮台 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610822351.XA CN106644535B (zh) | 2016-09-13 | 2016-09-13 | 一种姿控系统全物理仿真用三自由度磁浮台 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106644535A true CN106644535A (zh) | 2017-05-10 |
CN106644535B CN106644535B (zh) | 2019-05-24 |
Family
ID=58852432
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610822351.XA Active CN106644535B (zh) | 2016-09-13 | 2016-09-13 | 一种姿控系统全物理仿真用三自由度磁浮台 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106644535B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113212816A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-06 | 哈尔滨工业大学 | 一种悬吊式四自由度运动模拟系统及使用方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6117741A (ja) * | 1984-06-30 | 1986-01-25 | Toshiba Corp | フライホイ−ル装置 |
EP0338933A1 (fr) * | 1988-04-20 | 1989-10-25 | Societe De Mecanique Magnetique | Dispositif vibrateur actif à suspension magnétique asservie selon trois axes |
JPH02236019A (ja) * | 1989-03-08 | 1990-09-18 | Nippon Seiko Kk | 球面磁気軸受装置 |
EP2808568A1 (de) * | 2013-05-27 | 2014-12-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Montagelager für Rotoren |
CN105674010A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-06-15 | 上海卫星工程研究所 | 一种三轴气浮台伞状可伸缩限位保护装置 |
-
2016
- 2016-09-13 CN CN201610822351.XA patent/CN106644535B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6117741A (ja) * | 1984-06-30 | 1986-01-25 | Toshiba Corp | フライホイ−ル装置 |
EP0338933A1 (fr) * | 1988-04-20 | 1989-10-25 | Societe De Mecanique Magnetique | Dispositif vibrateur actif à suspension magnétique asservie selon trois axes |
JPH02236019A (ja) * | 1989-03-08 | 1990-09-18 | Nippon Seiko Kk | 球面磁気軸受装置 |
EP2808568A1 (de) * | 2013-05-27 | 2014-12-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Montagelager für Rotoren |
CN105674010A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-06-15 | 上海卫星工程研究所 | 一种三轴气浮台伞状可伸缩限位保护装置 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
刘云平: "航天器多体系统姿态动力学与控制的研究", 《中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 * |
李丽君 等: "磁悬浮万向飞轮在卫星姿态机动中的应用", 《机械工程学报》 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113212816A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-06 | 哈尔滨工业大学 | 一种悬吊式四自由度运动模拟系统及使用方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106644535B (zh) | 2019-05-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN202807110U (zh) | 半主动式重力补偿结构的气浮六自由度模拟卫星装置 | |
CN103514792B (zh) | 空间六自由度气浮随动运动平台 | |
US9148077B2 (en) | Magnetic levitation of a stationary or moving object | |
CN103496450B (zh) | 适用于空间飞行器仿真试验的微干扰力矩环境模拟装置 | |
CN1986337A (zh) | 三维气浮平台与气压式重力补偿方法 | |
CN109649702B (zh) | 差动式气浮垂向控制的双超卫星平台地面仿真设备 | |
CN109774969B (zh) | 基于气浮球窝主动跟随的内嵌式半物理仿真系统 | |
CN108423202A (zh) | 一种微低重力模拟装置及模拟试验方法 | |
CN113406887B (zh) | 自适应六自由度气浮仿真试验台及其计算方法 | |
CN112382160B (zh) | 一种六自由度模拟器气浮滑轮系统 | |
WO2016187837A1 (zh) | 一种双自由度旋转控制装置及设有该装置的应用系统 | |
CN106364699A (zh) | 主从式非接触双超卫星地面原理验证系统 | |
CN105352662A (zh) | 一种用于航天装备的新型安装调整装置 | |
CN109599005B (zh) | 基于气磁复合控制的双超卫星平台姿态地面仿真模拟器 | |
CN106467175A (zh) | 双五自由度气浮主从式非接触双超卫星地面原理验证系统 | |
CN110683080A (zh) | 一种磁悬浮球碗轴承装置 | |
CN106644535B (zh) | 一种姿控系统全物理仿真用三自由度磁浮台 | |
CN105823600A (zh) | 一种三轴气浮台上运动机构的动态平衡方法 | |
Gavrilovich et al. | Test bench for nanosatellite attitude determination and control system ground tests | |
CN116767519B (zh) | 一种磁气重力平衡航天模拟器对接试验装置 | |
CN108557117B (zh) | 气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置及方法 | |
CN109795724B (zh) | 基于气浮球与轴颈轴承一体化的双超卫星平台试验装置 | |
CN108583944B (zh) | 开式多级气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置 | |
CN106379564B (zh) | 航天器地面仿真用三轴微干扰力矩运动模拟装置 | |
CN108583943B (zh) | 闭式气膜密封的气浮物理仿真平台的非接触供气装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |