CN106773706B - 一种基于悬绳拉力测量的振动自抑制太阳帆板 - Google Patents

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Abstract

一种基于悬绳拉力测量的振动自抑制太阳帆板。所述帆板本体的一端与卫星本体相连接，控制器和电机设置在卫星本体上，凸架的一端固定在帆板本体的中间位置，悬绳的一端固定在帆板本体的自由端，悬绳的另一端和电机相连接，悬绳上串联有拉力计，悬绳中间的一段与凸架另一端的表面滑动连接，加速度计安装在帆板本体的自由端。帆板振动时悬绳的拉力发生变化，拉力的变化通过拉力计测量并把数据传输给控制器，帆板自由端的振动幅度通过加速度计测量得到，这个数据也传输给控制器，控制器根据控制算法控制电机实现悬绳伸缩，从而对悬绳的拉力进行控制。本发明采用悬绳拉力控制方案，这种不基于数学模型的控制方法可以有效解决基于模型的控制存在的弊端。

Description

一种基于悬绳拉力测量的振动自抑制太阳帆板
技术领域
本发明涉及一种基于悬绳拉力测量的振动自抑制太阳帆板，属于振动自抑制太阳帆板技术领域。
背景技术
太阳帆板是卫星的主要能量来源，卫星的必要部件。太阳帆板在轨工作过程中受到活动载荷、外部干扰的影响可能会产生振动，由于帆板的柔性，在空间特殊环境产生的振动不易衰减，影响了卫星姿态控制系统的姿态稳定度和指向精度，还可能导致不稳定振动，从而影响卫星的正常工作，因此太阳帆板的振动抑制非常重要。
中国专利号ZL201520384925.0(授权公告号CN204726686、授权公告日2015年10月28日)公开了一种卫星太阳帆板的展开机构，没有涉及帆板的振动抑制问题。
专利申请号201410186509.X(申请公布号CN103926840A、申请公布日2014年7月16日)公开了一种主动抑制太阳帆板挠性振动的方法，以正余弦细分驱动的步进电机为执行机构，建立卫星系统动力学模型，设计输入成型器来对原始帆板的转速指令进行整形，有效抑制了帆板的挠性振动。
现有技术有的不考虑太阳帆板的振动问题，有的是基于模型的控制，而太阳帆板是强非线性系统，难以建立精确的数学模型，因此实际控制效果受限。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种基于悬绳拉力测量的振动自抑制太阳帆板。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于悬绳拉力测量的振动自抑制太阳帆板，包括：帆板本体、悬绳、拉力计、控制器、电机、加速度计和凸架，帆板本体的一端与卫星本体相连接，控制器和电机设置在卫星本体上，凸架的一端固定在帆板本体的中间位置，悬绳的一端固定在帆板本体的自由端，悬绳的另一端和电机相连接，悬绳上串联有拉力计，悬绳中间的一段与凸架另一端的表面滑动连接，加速度计安装在帆板本体的自由端，拉力计、电机和加速度计分别通过数据线与控制器相连接。
本发明的工作原理是，当帆板振动时悬绳的拉力发生变化，这个拉力的变化通过拉力计测量并把数据传输给控制器，帆板自由端的振动幅度也可以通过加速度计测量得到，这个数据也传输给控制器，控制器根据控制算法控制电机实现悬绳伸缩，从而对悬绳的拉力进行控制。
本发明采用悬绳拉力控制方案，这种不基于数学模型的控制方法可以有效解决基于模型的控制存在的弊端。本发明采用的是主动抑制方案，并且不依赖数学模型，整个方案结构简单，实现效果好。
附图说明
图1为本发明基于悬绳拉力测量的振动自抑制太阳帆板的整体结构示意图。
图2为输出轴51和悬绳辊轮52的连接关系示意图。
图3为帆板本体1的结构示意图。
图中的附图标记，1为帆板本体，2为悬绳，3为拉力计，4为控制器，5为电机，6 为加速度计，7为凸架，8为卫星本体，5- 1为输出轴，5- 2为悬绳辊轮，b为帆板的宽度，h 为帆板的厚度，l(小写的L)为帆板的长度。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1～图3所示，本实施例所涉及的一种基于悬绳拉力测量的振动自抑制太阳帆板，包括：帆板本体1、悬绳2、拉力计3、控制器4、电机5、加速度计6和凸架7，帆板本体1的一端与卫星本体8相连接，控制器4和电机5设置在卫星本体8上，凸架7的一端固定在帆板本体1的中间位置，悬绳2的一端固定在帆板本体1的自由端，悬绳2的另一端和电机5相连接，悬绳2上串联有拉力计3，悬绳2中间的一段与凸架7另一端的表面滑动连接，加速度计6安装在帆板本体1的自由端，拉力计3、电机5和加速度计6分别通过数据线与控制器4相连接。
所述电机5的输出轴5- 1上固定有悬绳辊轮5- 2，悬绳2的另一端缠绕在悬绳辊轮5- 2上。
所述加速度计6安装在帆板本体1自由端的下部。
所述凸架7与悬绳2的接触面为圆弧形。
安装在帆板自由端的加速度计可以敏感帆板的抖动量y，根据该抖动量可以计算得到抖动力F，
Figure BDA0001205161340000031
其中F为抖动力，E为帆板材料弹性模量，
Figure BDA0001205161340000032
为帆板惯性矩，b为帆板的宽度，h为帆板的厚度，l为帆板的长度。
悬绳上设置有预先拉紧力，并且该拉紧力
Figure BDA0001205161340000033
其中α为悬绳与帆板的夹角，F为抖动力。
控制的目标是根据拉力计测量结果并且控制该数值趋近于目标值
Figure BDA0001205161340000034
并且满足以下关系：
Figure BDA0001205161340000035
其中Pm为P的最大值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于悬绳拉力测量的振动自抑制太阳帆板，其特征在于，包括：帆板本体(1)、悬绳(2)、拉力计(3)、控制器(4)、电机(5)、加速度计(6)和凸架(7)，帆板本体(1)的一端与卫星本体(8)相连接，控制器(4)和电机(5)设置在卫星本体(8)上，凸架(7)的一端固定在帆板本体(1)的中间位置，悬绳(2)的一端固定在帆板本体(1)的自由端，悬绳(2)的另一端和电机(5)相连接，悬绳(2)上串联有拉力计(3)，悬绳(2)中间的一段与凸架(7)另一端的表面滑动连接，加速度计(6)安装在帆板本体(1)的自由端，拉力计(3)、电机(5)和加速度计(6)分别通过数据线与控制器(4)相连接；
安装在帆板自由端的加速度计可以敏感帆板的抖动量y，根据该抖动量可以计算得到抖动力F，
Figure FDA0002457500210000011
其中F为抖动力，E为帆板材料弹性模量，
Figure FDA0002457500210000012
为帆板惯性矩，b为帆板的宽度，h为帆板的厚度，l为帆板的长度；
悬绳上设置有预先拉紧力，并且该拉紧力
Figure FDA0002457500210000013
其中α为悬绳与帆板的夹角，F为抖动力；
控制的目标是根据拉力计测量结果并且控制该数值趋近于目标值
Figure FDA0002457500210000014
并且满足以下关系：
Figure FDA0002457500210000015
其中Pm为P的最大值。
2.根据权利要求1所述的基于悬绳拉力测量的振动自抑制太阳帆板，其特征在于，所述电机(5)的输出轴(5- 1)上固定有悬绳辊轮(5- 2)，悬绳(2)的另一端缠绕在悬绳辊轮(5-2)上。
3.根据权利要求1所述的基于悬绳拉力测量的振动自抑制太阳帆板，其特征在于，所述加速度计(6)安装在帆板本体(1)自由端的下部。
4.根据权利要求1所述的基于悬绳拉力测量的振动自抑制太阳帆板，其特征在于，所述凸架(7)与悬绳(2)的接触面为圆弧形。
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