CN108639393A - 一种新型变构型控制器及方法 - Google Patents

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Abstract

一种新型变构型控制器，用于实现空间组合体航天器六自由度运动地面模拟，其包含：第一角位移平台；第二角位移平台，设置在第一角位移平台上方，并与第一角位移平台正交安装，通过调整第一角位移平台与第二角位移平台的角度来变化控制器的构型，模拟服务器航天器与目标航天器的不同角度组合情况；基体，固定在第二角位移平台上；姿态控制系统，安装在基体上，姿态控制系统包含飞轮模块和冷喷气模块，其中，冷喷气模块包含滑轨和滑块，通过滑块在滑轨上的位置调整来变化控制器的构型以实现模拟一定范围控制力拒输出能力的服务航天器。其优点是：实现地面实验系统无法实现的空间组合体六自由度地面运动模拟。

Description

一种新型变构型控制器及方法
技术领域
本发明涉及空间操控技术领域，具体涉及一种新型的用于空间组合体航天器六自由度运动地面模拟的变构型控制器及方法。
背景技术
空间组合体航天器是指在太空环境中，服务航天器实现对目标航天器的捕获之后，两者形成稳定连接所组成的空间组合体航天器。由于目标航天器的质量、转动惯量未知，导致目标航天器被捕获后所形成的空间组合体航天器的质量和惯量未知，使得空间组合体航天器的控制问题成为研究的一个难点与重点，而对于组合体控制算法的地面高置信度运动模拟实验是检验控制算法有效性及控制精度的常用方法。
目前，空间组合体航天器控制算法的地面高置信度运动模拟试验是在大理石气浮台上，将两个六自由度航天器运动模拟器通过抓捕机构形成稳定连接之后来进行的，但是在试验过程中，发现这种传统的试验系统存在缺陷，并不能完全模拟组合体航天器在外太空中的六自由度运动，只能实现三自由度运动模拟。针对此问题，急需提出一种用于空间组合体航天器六自由度运动地面模拟的变构型控制器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型变构型控制器及方法，用于空间组合体航天器六自由度运动地面模拟，解决目前空间组合体航天器地面运动模拟实验系统中出现的三个自由度方向与组合体航天器空间实际运动不相符的问题。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种新型变构型控制器，用于实现空间组合体航天器六自由度运动地面模拟，其特征是，包含：
第一角位移平台；
第二角位移平台，设置在第一角位移平台上方，并与第一角位移平台正交安装，通过调整第一角位移平台与第二角位移平台的角度来变化控制器的构型，模拟服务器航天器与目标航天器的不同角度组合情况；
基体，固定在第二角位移平台上；
姿态控制系统，安装在基体上，姿态控制系统包含飞轮模块和冷喷气模块，其中，冷喷气模块包含滑轨和滑块，通过滑块在滑轨上的位置调整来变化控制器的构型以实现模拟一定范围控制力拒输出能力的服务航天器。
上述的新型变构型控制器，其中：
基体为正方体壳体装置，以基体本体的中心为O点建立空间直角坐标系xyz。
上述的新型变构型控制器，其中，飞轮模块包含：
三个飞轮，分别固定安装于基体空间直角坐标系xyz三个轴方向的正方向所指的三个面上。
上述的新型变构型控制器，其中，冷喷气模块包含：
四个冷喷气单元，分别固定安装于基体空间直角坐标系yz轴正负方向所指的四个面上，每个冷喷气单元分别包含：
滑轨；
滑块，嵌套在滑轨上，通过锁紧螺母固定滑块与滑轨之间的相对位置；
喷嘴，设置在滑块上。
上述的新型变构型控制器，其中：
第一角位移平台选用KSMG15型号的高精度手动角位移平台；
第二角位移平台选用KSMG15型号的高精度手动角位移平台。
一种实现空间组合体航天器六自由度运动地面模拟的方法，采用上述的新型变构型控制器来实现，其特征是：
将变构型控制器通过第一角位移平台固定连接目标航天器的顶部，使得变构性控制器和目标航天器两者构成一个固连的组合体航天器；
调整第一角位移平台中滑动基座的位置至实验要求角度并固定；
调整第二角位移平台中滑动基座的位置至实验要求角度并固定；
通过喷气模块中四个方向滑块沿对应滑轨的运动，调整四个方向喷嘴的力臂至实验要求长度；
进行组合体航天器的六自由度运动地面模拟。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明可以解决传统地面实验系统无法实现的空间组合体六自由度地面运动模拟；
2、本发明包含两个正交安装的角位移平台，可通过调整角位移平台变化控制器的构型，模拟服务航天器与目标航天器的不同角度组合情况；
3、本发明姿态控制系统包含飞轮系统和冷喷气系统两部分，冷喷气系统包含滑轨和滑块装置，通过滑块在滑轨上的位置调整变化控制器的构型，从而使得变构型控制器可模拟具有一定范围控制力矩输出能力的服务航天器。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为本发明的实施例中的基体三维结构图；
图3为本发明的实施例中的基体剖视图；
图4为本发明中冷喷气单元的立体图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，本发明提出了一种新型变构型控制器，用于实现空间组合体航天器六自由度运动地面模拟，其包含：第一角位移平台1；第二角位移平台2，设置在第一角位移平台1上方，并与第一角位移平台1正交安装，通过调整第一角位移平台1与第二角位移平台2的角度来变化控制器的构型，模拟服务器航天器与目标航天器的不同角度组合情况；基体3，固定在第二角位移平台2上；姿态控制系统，安装在基体3上，姿态控制系统包含飞轮模块和冷喷气模块，其中，冷喷气模块包含滑轨511和滑块512，通过滑块512在滑轨511上的位置调整来变化控制器的构型以实现模拟一定范围控制力拒输出能力的服务航天器。
如图2、3所示，基体3为正方体壳体装置，以基体3本体的中心为O点建立空间直角坐标系xyz。
本实施例中，飞轮模块包含：三个飞轮，即41、42、43，分别固定安装于基体空间直角坐标系xyz三个轴方向的正方向所指的三个面上。冷喷气模块包含：四个冷喷气单元，即51、52、53、54，这四个冷喷气单元的结构相同，分别固定安装于基体3空间直角坐标系yz轴正负方向所指的四个面上，如图4所示，每个冷喷气单元(51、52、53、54中的任意一个)分别包含：滑轨511；滑块512，嵌套在滑轨511上，通过锁紧螺母513固定滑块512与滑轨511之间的相对位置；喷嘴514，设置在滑块512上。
本发明还提出了一种实现空间组合体航天器六自由度运动地面模拟的方法，采用上述的新型变构型控制器来实现，其包含以下步骤：
将变构型控制器通过第一角位移平台1固定连接目标航天器的顶部，使得变构性控制器和目标航天器两者构成一个固连的组合体航天器；
调整第一角位移平台1中滑动基座的位置至实验要求角度并固定；
调整第二角位移平台2中滑动基座的位置至实验要求角度并固定；
通过喷气模块中四个方向滑块512沿对应滑轨511的运动，调整四个方向喷嘴514的力臂至实验要求长度；
完成上述调试后，即可进行组合体航天器的六自由度运动地面模拟。
本实施例中，上述步骤中，调整第一角位移平台1中滑动基座的位置的方式具体是，通过第一角位移平台1滑片上的刻度，当滑动基座与固定基座之间的角度为θ1(θ1≤30°)时，将滑动基座通过固定螺丝与滑片固定；调整第二角位移平台2中滑动基座的位置，通过第二角位移平台2滑片上面的刻度，当滑动基座与固定基座之间的角度为θ2(θ2≤30°)时，将滑动基座通过固定螺丝与滑片固定；
本实施例中，上述步骤中，通过喷气系统的滑块512沿滑轨511运动，调整喷气系统四个方向喷嘴514的力臂，当四个方向喷嘴514的力臂分别为L1,L2,L3,L4(L1,L2,L3,L4≤200mm)时，将锁紧螺母拧紧，滑块512和滑轨511形成固连(例如，安装在x轴方向的喷气系统，通过滑动滑块512在导轨511上的位置，调整x轴方向的力臂长度，当力臂长度为实验要求的L4时，旋紧锁紧螺母513)。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种新型变构型控制器，用于实现空间组合体航天器六自由度运动地面模拟，其特征在于，包含：
第一角位移平台；
第二角位移平台，设置在第一角位移平台上方，并与第一角位移平台正交安装，通过调整第一角位移平台与第二角位移平台的角度来变化控制器的构型，模拟服务器航天器与目标航天器的不同角度组合情况；
基体，固定在第二角位移平台上；
姿态控制系统，安装在基体上，姿态控制系统包含飞轮模块和冷喷气模块，其中，冷喷气模块包含滑轨和滑块，通过滑块在滑轨上的位置调整来变化控制器的构型以实现模拟一定范围控制力拒输出能力的服务航天器。
2.如权利要求1所述的新型变构型控制器，其特征在于：
基体为正方体壳体装置，以基体本体的中心为O点建立空间直角坐标系xyz。
3.如权利要求2所述的新型变构型控制器，其特征在于，其中，飞轮模块包含：
三个飞轮，分别固定安装于基体空间直角坐标系xyz三个轴方向的正方向所指的三个面上。
4.如权利要求3所述的新型变构型控制器，其特征在于，其中，冷喷气模块包含：
四个冷喷气单元，分别固定安装于基体空间直角坐标系yz轴正负方向所指的四个面上，每个冷喷气单元分别包含：
滑轨；
滑块，嵌套在滑轨上，通过锁紧螺母固定滑块与滑轨之间的相对位置；
喷嘴，设置在滑块上。
5.如权利要求1所述的新型变构型控制器，其特征在于：
第一角位移平台选用KSMG15型号的高精度手动角位移平台；
第二角位移平台选用KSMG15型号的高精度手动角位移平台。
6.一种实现空间组合体航天器六自由度运动地面模拟的方法，采用如权利要求4所述的新型变构型控制器来实现，其特征在于：
将变构型控制器通过第一角位移平台固定连接目标航天器的顶部，使得变构性控制器和目标航天器两者构成一个固连的组合体航天器；
调整第一角位移平台中滑动基座的位置至实验要求角度并固定；
调整第二角位移平台中滑动基座的位置至实验要求角度并固定；
通过喷气模块中四个方向滑块沿对应滑轨的运动，调整四个方向喷嘴的力臂至实验要求长度；
进行组合体航天器的六自由度运动地面模拟。
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