CN110161879B - 一种卫星在轨运行的半物理实验仿真平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星在轨运行的半物理实验仿真平台，包含基座、第一固定柱、第二固定柱、支撑柱、参照环、U形支架、磁性板、伸缩杆、卫星模型、光栅角度传感器、控制模块、以及第一至第三电机。工作时，通过第一电机带动U形支架旋转，以调节卫星模型轨道的升交点赤经Ω；通过第二电机带动磁性板转动，以调节轨道根数中的轨道倾角i；通过第三电机带动伸缩杆进而带动卫星模型转动，调节卫星模型的角速度；通过伸缩杆的伸长和缩短来调节卫星模型和主天体模型之间的距离。本发明能够将卫星在空间中的真实轨道投射到半物理仿真平台上，直观观测卫星在轨的模拟运动状况，弥补当前仿真实验仅停留在数值仿真阶段的不足。

Description

一种卫星在轨运行的半物理实验仿真平台

技术领域

本发明涉及卫星轨道运动和控制技术领域，尤其涉及一种卫星在轨运行的半物理实验仿真平台。

背景技术

近年来，随着科学技术不断发展，卫星技术不仅在军事和航海等领域发挥着显著的作用，而且也在人们的日常生活中被广泛使用。

卫星技术有着巨大的经济价值与军事价值，因而具有十分重要的战略地位，越来越多的科学研究和应用领域已经离不开卫星技术。卫星轨道运动作为卫星运动状态的重要物理量对于卫星技术的发展研究具有重要意义。当前的卫星轨道运动仿真大多还停留在数值仿真阶段，不能对卫星真实运行时的运行情况进行展示。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种卫星在轨运行的半物理实验仿真平台。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种卫星在轨运行的半物理实验仿真平台，包含基座、第一固定柱、第二固定柱、支撑柱、参照环、U形支架、磁性板、伸缩杆、卫星模型、光栅角度传感器、控制模块、以及第一至第三电机；

所述支撑柱一端和所述基座垂直固连；

所述第一电机固定在所述支撑柱的另一端，其输出轴和所述U形支架底边垂直固连，所述电机的输出轴、U形支架的两个侧边均竖直设置，所述U形支架的底边水平设置；

所述磁性板呈圆形，其两侧分别设有第一连接柱、第二连接柱，所述第一连接柱、第二连接柱的连线经过磁性板的圆心；所述第一连接柱通过轴承和所述U形支架的一端相连；所述第二电机固定在所述U形支架的另一端、输出轴和所述第二连接柱固连，用于控制磁性板绕第一连接柱、第二连接柱的连线转动；

所述参照环呈圆环状，水平设置，其两侧分别通过第一固定柱、第二固定柱和所述基座固连；参照环将所述U形支架包含在内，且参照环所在平面经过所述磁性板的圆心；

所述第三电机固定在所述磁性板的圆形处，其输出轴垂直磁性板朝外；

所述伸缩杆平行于所述磁性板设置，一端和所述第三电机的输出轴垂直固连、另一端和所述卫星模型固连；

所述光栅角度传感器的标尺光栅设置在磁性板上、光栅读数头固定在第三电机的输出轴上，用于感应第三电机相对于磁性板的转动角度，并将其传递给所述控制模块；

所述控制模块分别和光栅角度传感器、第一电机、第二电机、第三电机、伸缩杆电气相连，用于根据光栅角度传感器的感应值控制第一电机、第二电机、第三电机、伸缩杆工作，以模仿卫星在轨运行。

作为本发明一种卫星在轨运行的半物理实验仿真平台进一步的优化方案，所述卫星模型上设有磁性笔，用于在卫星模型运动时在磁性板上画出卫星模型的运行轨迹。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明可以实现模拟任意卫星在轨运行的任意轨道，并且展示该卫星在轨运行的运动状况，弥补当前卫星轨道运动仿真停留在数值仿真的不足。

附图说明

图1 是本发明的结构示意图。

图中，1-基座，2-支撑柱，3-U形支架，4-磁性板、5-卫星模型，6-伸缩杆，7-第三电机，8-第二固定柱，9-参照环。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本发明公开了一种卫星在轨运行的半物理实验仿真平台，包含基座、第一固定柱、第二固定柱、支撑柱、参照环、U形支架、磁性板、伸缩杆、卫星模型、光栅角度传感器、控制模块、以及第一至第三电机；

所述支撑柱一端和所述基座垂直固连；

所述第一电机固定在所述支撑柱的另一端，其输出轴和所述U形支架底边垂直固连，所述电机的输出轴、U形支架的两个侧边均竖直设置，所述U形支架的底边水平设置；

所述磁性板呈圆形，其两侧分别设有第一连接柱、第二连接柱，所述第一连接柱、第二连接柱的连线经过磁性板的圆心；所述第一连接柱通过轴承和所述U形支架的一端相连；所述第二电机固定在所述U形支架的另一端、输出轴和所述第二连接柱固连，用于控制磁性板绕第一连接柱、第二连接柱的连线转动；

所述参照环呈圆环状，水平设置，其两侧分别通过第一固定柱、第二固定柱和所述基座固连；参照环将所述U形支架包含在内，且参照环所在平面经过所述磁性板的圆心；

所述第三电机固定在所述磁性板的圆形处，其输出轴垂直磁性板朝外；

所述伸缩杆平行于所述磁性板设置，一端和所述第三电机的输出轴垂直固连、另一端和所述卫星模型固连；

所述光栅角度传感器的标尺光栅设置在磁性板上、光栅读数头固定在第三电机的输出轴上，用于感应第三电机相对于磁性板的转动角度，并将其传递给所述控制模块；

所述控制模块分别和光栅角度传感器、第一电机、第二电机、第三电机、伸缩杆电气相连，用于根据光栅角度传感器的感应值控制第一电机、第二电机、第三电机、伸缩杆工作，以模仿卫星在轨运行。

所述卫星模型上还可以设置磁性笔，用于在卫星模型运动时在磁性板上画出卫星模型的运行轨迹。

本发明默认主天体模型位于磁性板的圆心处，通过第一电机带动U形支架旋转，以调节卫星模型轨道的升交点赤经Ω；通过第二电机带动磁性板转动，以调节轨道根数中的轨道倾角i；通过第三电机带动伸缩杆进而带动卫星模型转动，调节卫星模型的角速度；通过伸缩杆的伸长和缩短来调节卫星模型和主天体模型之间的距离。

因而，在采用本发明来模仿卫星在轨运行时，工作步骤如下：

步骤1），根据卫星和主天体的真实情况进行模拟，获得卫星模型轨道的升交点赤经Ω、轨道根数中的轨道倾角i、卫星在各个转角对应的转动角速度、以及卫星在各个转角时对应和主天体之间的距离；

步骤2），控制第一电机带动U形支架旋转，使得卫星模型轨道的升交点赤经为Ω；

步骤3），控制第二电机带动磁性板转动，使得卫星模型轨道根数中的轨道倾角为i；

步骤4），通过光栅角度传感器获得卫星模型当前的转角；

步骤5），控制伸缩杆工作，使得伸缩杆的长度等于卫星当前转角时对应和主天体之间的距离；

步骤6），控制第三电机工作，使得其输出轴的转速等于卫星当前转角对应的转动角速度；

步骤7），重复步骤4）至步骤6），直至卫星上的磁性笔在磁性板上完成完整的卫星运动轨迹。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种卫星在轨运行的半物理实验仿真平台，其特征在于，包含基座、第一固定柱、第二固定柱、支撑柱、参照环、U形支架、磁性板、伸缩杆、卫星模型、光栅角度传感器、控制模块、以及第一至第三电机；

所述支撑柱一端和所述基座垂直固连；

所述第一电机固定在所述支撑柱的另一端，其输出轴和所述U形支架底边垂直固连，所述第一电机的输出轴、U形支架的两个侧边均竖直设置，所述U形支架的底边水平设置；

所述磁性板呈圆形，其两侧分别设有第一连接柱、第二连接柱，第一连接柱、第二连接柱的连线经过磁性板的圆心；所述第一连接柱通过轴承和所述U形支架的一端相连；所述第二电机固定在所述U形支架的另一端、输出轴和所述第二连接柱固连，用于控制磁性板绕第一连接柱、第二连接柱的连线转动；

所述参照环呈圆环状，水平设置，其两侧分别通过第一固定柱、第二固定柱和所述基座固连；参照环将所述U形支架包含在内，且参照环所在平面经过所述磁性板的圆心；

所述第三电机固定在所述磁性板的圆形处，其输出轴垂直磁性板朝外；

所述伸缩杆平行于所述磁性板设置，一端和所述第三电机的输出轴垂直固连、另一端和所述卫星模型固连；

所述光栅角度传感器的标尺光栅设置在磁性板上、光栅读数头固定在第三电机的输出轴上，用于感应第三电机相对于磁性板的转动角度，并将其传递给所述控制模块；

所述控制模块分别和光栅角度传感器、第一电机、第二电机、第三电机、伸缩杆电气相连，用于根据光栅角度传感器的感应值控制第一电机、第二电机、第三电机、伸缩杆工作，以模仿卫星在轨运行。

2.根据权利要求1所述的卫星在轨运行的半物理实验仿真平台，其特征在于，所述卫星模型上设有磁性笔，用于在卫星模型运动时在磁性板上画出卫星模型的运行轨迹。

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