CN110311591B - 一种不引入转矩的空间小磁体悬浮控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明发明公开了一种不引入转矩的空间小磁体悬浮控制方法，涉及磁悬浮控制方法技术领域。所述方法包括如下步骤：1）构建小磁体悬浮控制系统，所述悬浮控制系统包括多重位置控制四极线圈和小磁体；2）通过成对改变位置控制四极线圈中通电电流的大小及方向，来改变小磁体在所述悬浮控制系统中的位置。所述方法的优势是，控制空间小磁体位置过程中不会导致空间小磁体转动，从而提高了控制的稳定性。

Description

一种不引入转矩的空间小磁体悬浮控制方法
技术领域
本发明涉及空间磁场的控制方法技术领域，尤其涉及一种不引入转动的空间小磁体悬浮控制方法。
背景技术
静磁悬浮加速度仪是空间科学研究领域的重要设备，它作为重要载荷，可搭载在深空卫星上，用于微重力场环境下的重力场精细测绘。而空间小磁体悬浮控制技术是磁悬浮加速度仪的核心关键技术，直接关系静磁悬浮加速度仪的性能。鲁棒、稳定的空间小磁体悬浮技术将为静磁悬浮加速度仪的研制提供重要的科学基础。
专利“空间小磁铁悬浮控制方法”(专利号201610090217.5)提供了一种空间小磁体悬浮控制方法：空间小磁铁的位置通过控制线圈组(1，1′)，(2，2′)，(3，3′)和(4，4′)进行控制。其中，(1，1′)和(2，2′)线圈组互为冗余设计，(3，3′)和(4，4′)线圈组互为冗余设计。通过改变线圈组(1，1′)或者(2，2′)中两个线圈的电流方向，可以控制空间小磁铁在x方向或y方向移动。同理，通过改变线圈组(3，3′)或者(4，4′)中两个线圈的电流方向，可以控制空间小磁铁在x方向或z方向移动。但在该方法中，控制线圈在控制空间小磁铁移动时，可能引起检验质量绕y轴或者z轴转动，这种转动则通过控制线圈(5，5′)和(6，6′)进行抑制。这种转动抑制容易带来控制的不稳定，影响了控制系统的稳定性。
本发明在前述专利的基础上，发明了一种不引入转矩的空间小磁体悬浮控制方法，提高了控制系统的稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种不引入转动的空间小磁体悬浮控制方法，克服空间小磁体磁悬浮控制过程中转动带给控制系统稳定性的影响。
本发明所采取的技术方案是：一种不引入转矩的空间小磁体悬浮控制方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
1)构建小磁体悬浮控制系统，所述悬浮控制系统包括多重位置控制四极线圈和两组姿态控制亥姆霍兹线圈，以及小磁体；
2)通过改变每组位置控制四极线圈中通电电流的大小及方向，来改变小磁体在所述悬浮控制系统中的位置。
所述的各组四极线圈均由四个相同的线圈构成。
所述每组四极线圈中心点连线构成一个平面，该平面关于小磁体所在的中心线轴对称。
所述的各四极线圈距离小磁体位置可以同步调整。
所述的四极线圈中四个线圈的控制电流的大小均相等。
进一步的技术方案在于，如图1所示：所述位置控制，通过对位置控制四极线圈组A,B,C,D(或与其共面的A’,B’,C’D’…)施加相同大小和不同方向的工作电流，可独立控制检验质量块沿X轴或Y轴方向的位移，并不对小磁体引入转矩。
进一步的技术方案在于：所述位置控制，通过对位置控制四极线圈组E,F,G,H(或与其共面的E’,F’,G’H’…)施加相同大小和不同方向的工作电流，可独立控制检验质量块沿X轴或Z轴方向的位移，并不对小磁体引入转矩。
3)小磁体的姿态始终由两组姿态控制亥姆霍兹线圈所施加的转矩实现。
有益效果：发明了一种不引入转矩的空间小磁体悬浮控制方法，可以通过多重四极线圈控制空间小磁铁的位置。四极线圈的对称性提高了控制系统的稳定性。
附图说明：
图1：四极线圈分布示意图。
图2：小磁体位置与姿态控制示意图
具体实施例：
下面结合附图1，对本发明具体说明：
一种不引入转矩的空间小磁体悬浮控制方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
1)构建小磁体悬浮控制系统，所述悬浮控制系统包括多重四极线圈：A,B,C,D,(或与其共面的A’,B’,C’D’…)，E,F,G,H(或与其共面的E’,F’,G’H’…)和小磁体；
2)通过改变A,B,C,D,(或与其共面的A’,B’,C’D’…)，E,F,G,H(或与其共面的E’,F’,G’H’…)中通电电流的大小及方向，来改变小磁体在所述悬浮控制系统中的位置。
所述A,B,C,D(或与其共面的A’,B’,C’D’…)，E,F,G,H(或与其共面的E’,F’,G’H’…)四极线圈均由四个相同的线圈构成。
所述A,B,C,D(或与其共面的A’,B’,C’D’…)，E,F,G,H(或与其共面的E’,F’,G’H’…)四极线圈的四个线圈中心点连线构成一个平面，即平面ABCD(或平面A’B’C’D’…)，平面EFGH(或平面E’F’G’H’…)。该平面关于小磁体长轴所在的中心线轴对称。
所述的ABCD，EFGH四极线圈与小磁体位置可以同步调整，例如，将ABCD调整至A’B’C’D’位置。
所述的四极线圈中A,B,C,D中的控制电流大小均相等。四极线圈中A’B’C’D’中的控制电流大小均相等。四极线圈中EFGH中的控制电流大小均相等。四极线圈E’F’G’H’中的控制电流大小均相等。
如图1所示：所述位置控制，通过对位置控制四极线圈组A,B,C,D(或与其共面的A’,B’,C’D’…)施加相同大小和不同方向的工作电流，可独立控制检验质量块沿X轴或Y轴方向的位移，并不对小磁体引入转矩。
通过对位置控制四极线圈组E,F,G,H(或与其共面的E’,F’,G’H’…)施加相同大小和不同方向的工作电流，可独立控制检验质量块沿X轴或Z轴方向的位移，并不对小磁体引入转矩。

Claims (3)

1.一种不引入转矩的空间小磁体悬浮控制方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
1）构建小磁体悬浮控制系统，所述悬浮控制系统包括多重的四极线圈和两组姿态控制亥姆霍兹线圈，以及小磁体：其中，四极线圈共有四组，第一组四极线圈由四个相同的线圈A、B、C、D平行排列构成，线圈A、B、C、D 的中心点连线构成第一平面，第二组四极线圈由四个相同的线圈A'、B'、C'、D’平行排列构成，线圈A'、B'、C'、D’的中心点连线所构成的平面与第一平面共面，第三组四极线圈由四个相同的线圈E、F、G、H平行排列构成，线圈E、F、G、H的中心点连线构成第二平面，第四组四极线圈由四个相同的线圈E'、F'、G'、H’平行排列构成，线圈E'、F'、G'、H’的中心点连线所构成的平面与第二平面共面，所述的第一平面和第二平面相垂直，第一平面和第二平面关于小磁体所在的中心线轴对称；
2）通过改变各线圈中通电电流的大小及方向，来改变小磁体在所述悬浮控制系统中的位置，具体为：通过对线圈A、B、C、D 或线圈A'、B'、C'、D’施加相同大小和不同方向的工作电流，可独立控制检验质量块沿X轴或Y轴方向的位移，并不对小磁体引入转矩：通过对线圈E、F、G、H或线圈E'、F'、G'、H’施加相同大小和不同方向的工作电流，可独立控制检验质量块沿X轴或Z轴方向的位移，并不对小磁体引入转矩。
2.如权利要求1所述的一种不引入转矩的空间小磁体悬浮控制方法，其特征在于：所述的四极线圈与小磁体的距离能够同步调整。
3.如权利 要求1所述的一种不引入转矩的空间小磁体悬浮控制方法，其特征在于：所述小磁体的姿态由两组亥姆霍兹线圈所控制。
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