CN111017268A - 一种空间站对称舱段太阳翼协同控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空间站对称舱段太阳翼协同控制系统及其控制方法，该系统包含：第一太阳翼和第二太阳翼，在空间站舱外对称分布；第一驱动控制器和第二驱动控制器分别用于控制第一太阳翼和第二太阳翼的运动；第一双通道旋转变压器和第二双通道旋转变压器，分别测量所述第一太阳翼和第二太阳翼的角度位置；上级主控系统与所述第一驱动控制器和第二驱动控制器信号连接，用于向第一驱动控制器和第二驱动控制器发送总线指令或硬线指令。其优点是：该系统以具有运行复杂控制算法的第一驱动控制器和第二驱动控制器为核心，接收到上级主控系统的对日定向控制指令后，运行同一控制指令，采取不同的处理方法，实现了空间站对称舱段太阳翼的高精度协同控制。

Description

一种空间站对称舱段太阳翼协同控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及航天系统大型太阳翼驱动控制技术领域，具体涉及一种空间站对称舱段太阳翼协同控制系统及其控制方法。
背景技术
目前的航天系统里，无论是飞船还是卫星，维持其在轨正常运行的主要动力为电能，而太阳翼是实现太阳光能到电能转换的重要能量源。以往的太阳翼翼展大多为几米，太阳翼往往在卫星或者飞船上成对称分布，太阳翼控制精度要求不高，不要求两侧太阳翼翼面同时共面运动，对太阳翼的协同控制要求低。
但是，当空间站对电能的需求巨大时，一般采用大型太阳翼(翼展约30米)采集太阳能，舱I太阳翼与舱II太阳翼成对称分布，但是目前尚未有较完善的系统与方法来实现空间站对称舱段太阳翼高精度对日定向协同控制，保证两侧太阳翼的翼面在运动或静止状态下共面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空间站对称舱段太阳翼协同控制系统及其控制方法，该系统将第一太阳翼、第二太阳翼、第一驱动控制器、第一双通道旋转变压器、第二驱动控制器、第二双通道旋转变压器和上级主控系统相结合，通过第一驱动控制器和第二驱动控制器分别采集第一双通道旋转变压器和第二双通道旋转变压器测量的角度位置信息，分别控制第一太阳翼和第二太阳翼以实现两者的对日定向同向共面运动。该系统以具有运行复杂控制算法的第一驱动控制器和第二驱动控制器为核心，接收到上级主控系统的对日定向控制指令后，运行同一控制指令，对两个不同的太阳翼采取不同的处理方法，实现两个太阳翼的对日定向同向共面运动，实现了空间站对称舱段太阳翼的高精度协同控制。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种空间站对称舱段太阳翼协同控制系统，该系统包含：
第一太阳翼和第二太阳翼，在空间站舱外对称分布；
第一驱动控制器，通过第一电机与所述第一太阳翼连接，所述第一驱动控制器用于控制所述第一太阳翼的运动；
第一双通道旋转变压器，与所述第一太阳翼连接，用于测量所述第一太阳翼的角度位置，所述第一双通道旋转变压器还与所述第一驱动控制器信号连接；
第二驱动控制器，通过第二电机与所述第二太阳翼连接，所述第二驱动控制器用于控制所述第二太阳翼的运动；
第二双通道旋转变压器，与所述第二太阳翼连接，用于测量所述第二太阳翼的角度位置，所述第二双通道旋转变压器与所述第二驱动控制器信号连接；
上级主控系统，与所述第一驱动控制器和第二驱动控制器信号连接，用于向第一驱动控制器和第二驱动控制器发送总线指令或硬线指令，以便所述第一驱动控制器和第二驱动控制器控制所述第一太阳翼和第二太阳翼的运动。
优选地，所述第一双通道旋转变压器和所述第二双通道旋转变压器对称分布，两者绝对位置零点与空间站舱体轴线平行。
优选地，所述第一双通道旋转变压器采集的所述第一太阳翼角度和所述第二双通道旋转变压器采集的所述第二太阳翼角度之和为360°。
优选地，一种采用所述空间站对称舱段太阳翼协同控制系统协同控制的方法，该方法包含：
S1、第一驱动控制器和第二驱动控制器接收上级主控系统的同一总线指令或硬线指令；
S2、第一驱动控制器和第二驱动控制器分别采集第一双通道旋转变压器和第二双通道旋转变压器测量的角度位置信息；
S3、所述第一驱动控制器和第二驱动控制器根据步骤S2所得的信息控制所述第一太阳翼和第二太阳翼运动。
优选地，所述总线指令或硬线指令为正向跟踪指令，所述第一驱动控制器控制所述第一太阳翼绕第一电机的电机轴逆时针转动，所述第二驱动控制器控制所述第二太阳翼绕第二电机的电机轴顺时针转动，使得第一驱动控制器采集到第一双通道旋转变压器测量的角度为α，第二驱动控制器采集到第二双通道旋转变压器测量的角度为β，α+β＝360°，α减小β同速率增加。
优选地，所述总线指令为伺服到θ角度指令，所述第一驱动控制器控制第一太阳翼运动，使得第一双通道旋转变压器测量的第一太阳翼的角度为α＝θ，所述第二驱动控制器控制第二太阳翼运动，使得第二双通道旋转变压器测量第二太阳翼的角度为β＝360°-θ。
优选地，所述总线指令或硬线指令为垂直归零指令，所述第一驱动控制器控制第一太阳翼运动到垂直位置，使得第一双通道旋转变压器测量的第一太阳翼的角度为α＝90°，所述第二驱动控制器控制第二太阳翼运动到垂直位置，使得第二双通道旋转变压器测量第二太阳翼的角度为β＝270°。
优选地，所述总线指令或硬线指令为水平归零指令，所述第一驱动控制器控制第一太阳翼运动到水平位置，使得第一双通道旋转变压器测量的第一太阳翼的角度为α＝0°，所述第二驱动控制器控制第二太阳翼运动到水平位置，使得第二双通道旋转变压器测量第二太阳翼的角度为β＝360°。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明的目的在于提供一种空间站对称舱段太阳翼协同控制系统及其控制方法，该系统将第一太阳翼、第二太阳翼、第一驱动控制器、第一双通道旋转变压器、第二驱动控制器、第二双通道旋转变压器和上级主控系统相结合，通过第一驱动控制器和第二驱动控制器分别采集第一双通道旋转变压器和第二双通道旋转变压器测量的角度位置信息，分别控制第一太阳翼和第二太阳翼以实现两者的对日定向同向共面运动；
(2)该系统以具有运行复杂控制算法的第一驱动控制器和第二驱动控制器为核心，接收到上级主控系统的对日定向控制指令后，运行同一控制指令，对两个不同的太阳翼采取不同的处理方法，实现两个太阳翼的对日定向同向共面运动，实现了空间站对称舱段太阳翼的高精度协同控制；
(3)该系统使用的高性能第一驱动控制器/第二驱动控制器控制大型第一太阳翼/第二太阳翼，具有位置与速度控制精度高、稳定性好、对日定向伺服性能好的优点，可较好地完成协同控制的机构控制；
(4)该系统使用的第一双通道旋转变压器和第二双通道旋转变压器具有精度高、抗干扰能力强的优点，可较好地完成协同控制的位置检测。
附图说明
图1为本发明的一种空间站对称舱段太阳翼协同控制系统示意图。
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，为本发明的一种空间站对称舱段太阳翼协同控制系统，该系统包含：舱Ⅰ太阳翼3、舱Ⅱ太阳翼4、舱Ⅰ驱动控制器1、舱Ⅰ双通道旋转变压器5、舱Ⅱ驱动控制器2、舱Ⅱ双通道旋转变压器6和上级主控系统。
其中，所述舱Ⅰ太阳翼3和舱Ⅱ太阳翼4在空间站舱外对称分布，所述舱Ⅰ驱动控制器1通过舱Ⅰ电机与所述舱Ⅰ太阳翼3连接，所述舱Ⅰ驱动控制器1用于控制所述舱Ⅰ太阳翼3的运动；所述舱Ⅰ双通道旋转变压器5与所述舱Ⅰ太阳翼3连接，用于测量所述舱Ⅰ太阳翼3的角度位置，所述舱Ⅰ双通道旋转变压器5还与所述舱Ⅰ驱动控制器1信号连接。
所述舱Ⅱ驱动控制器2通过舱Ⅱ电机与所述舱Ⅱ太阳翼4连接，所述舱Ⅱ驱动控制器2用于控制所述舱Ⅱ太阳翼4的运动；所述舱Ⅱ双通道旋转变压器6与所述舱Ⅱ太阳翼4连接，用于测量所述舱Ⅱ太阳翼4的角度位置，所述舱Ⅱ双通道旋转变压器6与所述舱Ⅱ驱动控制器2信号连接(两舱的太阳翼和驱动电机与两舱轴线的垂线成对称分布)。
所述上级主控系统与所述舱Ⅰ驱动控制器1和舱Ⅱ驱动控制器2信号连接，用于向舱Ⅰ驱动控制器1和舱Ⅱ驱动控制器2发送总线指令或硬线指令，以便所述舱Ⅰ驱动控制器1和舱Ⅱ驱动控制器2控制所述舱Ⅰ太阳翼3和舱Ⅱ太阳翼4实现对日定向高精度位置、速度的控制。
所述舱Ⅰ双通道旋转变压器5和所述舱Ⅱ双通道旋转变压器6两者功能相同，都具有位置检测精度高、抗干扰能力强、可靠性高的优点。所述舱Ⅰ双通道旋转变压器5和所述舱Ⅱ双通道旋转变压器6对称分布，两者绝对位置零点与空间站舱体轴线平行。在舱Ⅰ太阳翼3和舱Ⅱ太阳翼4对日定向同向共面运动时，所述舱Ⅰ双通道旋转变压器5采集的舱Ⅰ太阳翼3角度和所述舱Ⅱ双通道旋转变压器6采集的舱Ⅱ太阳翼4角度之和为360°。
通过标定各太阳翼双通到旋变的绝对位置零点，确保两侧太阳翼旋变的零点连线与空间站舱体轴线平行，易于协同控制第一太阳翼与第二太阳翼实现同向对日定向同向运动，以使第一太阳翼与第二太阳翼的翼面可保持运动或者静止状态下的实时重合。
在工作时，所述舱Ⅰ驱动控制器1和舱Ⅱ驱动控制器2采用基于位置检测的协同控制策略，针对不同的舱段太阳翼采用不同的处理方式，使得舱Ⅰ双通道旋转变压器5采集的角度和舱Ⅱ双通道旋转变压器6采集的角度之和为360°，实现了舱I太阳翼3与舱II太阳翼4在对日定向同向运动过程中始终保持舱I太阳翼3与舱II太阳翼4的翼面在同一平面上，实现对称舱段太阳翼的协同控制。
本发明还公开了一种采用所述空间站对称舱段太阳翼协同控制系统协同控制的方法，该方法包含：
S1、舱Ⅰ驱动控制器1和舱Ⅱ驱动控制器2(两者功能完全相同)接收上级主控系统的同一总线指令或硬线指令(其中，总线指令为带有总线协议的信号，硬线指令为不需要协议解密的信号，两种指令的来源不同)；
S2、舱Ⅰ驱动控制器1和舱Ⅱ驱动控制器2分别采集舱Ⅰ双通道旋转变压器5和舱Ⅱ双通道旋转变压器6测量的角度位置信息；
S3、所述舱Ⅰ驱动控制器1和舱Ⅱ驱动控制器2根据步骤S2所得的信息控制所述舱Ⅰ太阳翼3和舱Ⅱ太阳翼4运动，以实现舱Ⅰ太阳翼3和舱Ⅱ太阳翼4的对日定向同向共面运动和对日定向高精度伺服控制，且所述舱Ⅰ太阳翼3和舱Ⅱ太阳翼4的翼面重合。
所述总线指令或硬线指令包含以下几种情况：正向跟踪指令、伺服到θ角度指令、垂直归零指令、水平归零指令。
当所述总线指令或硬线指令为正向跟踪指令时，要保证舱Ⅰ太阳翼3和舱Ⅱ太阳翼4的同向正向共面运动，舱Ⅰ驱动控制器1控制所述舱Ⅰ太阳翼3绕舱Ⅰ电机的电机轴逆时针转动(从舱Ⅰ双通道旋转变压器5向第一电机端面方向看为逆时针)，舱Ⅱ驱动控制器2控制舱Ⅱ太阳翼4绕舱Ⅱ电机的电机轴顺时针转动(从舱Ⅱ双通道旋转变压器6向第二电机端面方向看为顺时针)，使得舱Ⅰ驱动控制器1采集到舱Ⅰ双通道旋转变压器5测量的角度为α，舱Ⅱ驱动控制器2采集到舱Ⅱ双通道旋转变压器6测量的角度为β，α+β＝360°(α与β增减变化相反，即α增加同时β同速率减小或者α减小同时β同速率增加)，在正向跟踪指令时，α减小同时β实时同步增加，以实现舱Ⅰ太阳翼3和舱Ⅱ太阳翼4的同向协同控制，保证了两翼翼面的重合。
当所述总线指令为伺服到θ角度指令时，所述舱Ⅰ驱动控制器1控制舱Ⅰ太阳翼3运动，使得舱Ⅰ双通道旋转变压器5测量的舱Ⅰ太阳翼3的角度为α＝θ，所述舱Ⅱ驱动控制器2控制舱Ⅱ太阳翼4运动，使得舱Ⅱ双通道旋转变压器6测量舱Ⅱ太阳翼4的角度为β＝360°-θ，此时舱Ⅰ太阳翼3和舱Ⅱ太阳翼4的翼面重合，实现了太阳翼的协同控制。
当所述总线指令或硬线指令为垂直归零指令时，所述舱Ⅰ驱动控制器1控制舱Ⅰ太阳翼3运动到垂直位置，使得舱Ⅰ双通道旋转变压器5测量的舱Ⅰ太阳翼3的角度为α＝90°，所述舱Ⅱ驱动控制器2控制舱Ⅱ太阳翼4运动到垂直位置，使得舱Ⅱ双通道旋转变压器6测量舱Ⅱ太阳翼4的角度为β＝270°，此时舱Ⅰ太阳翼3和舱Ⅱ太阳翼4的翼面重合，处于与运动方向垂直的状态，实现了太阳翼的协同控制。
当所述总线指令或硬线指令为水平归零指令时，所述舱Ⅰ驱动控制器1控制舱Ⅰ太阳翼3运动到水平位置，使得舱Ⅰ双通道旋转变压器5测量的舱Ⅰ太阳翼3的角度为α＝0°，所述舱Ⅱ驱动控制器2控制舱Ⅱ太阳翼4运动到水平位置，使得舱Ⅱ双通道旋转变压器6测量舱Ⅱ太阳翼4的角度为β＝360°，此时舱Ⅰ太阳翼3和舱Ⅱ太阳翼4的翼面重合，处于与运动方向平行的状态，实现了太阳翼的协同控制。
综上所述，本发明的一种空间站对称舱段太阳翼协同控制系统及其控制方法，该系统将第一太阳翼、第二太阳翼、第一驱动控制器、第一双通道旋转变压器、第二驱动控制器、第二双通道旋转变压器和上级主控系统相结合，通过第一驱动控制器和第二驱动控制器分别采集第一双通道旋转变压器和第二双通道旋转变压器测量的角度位置信息，分别控制第一太阳翼和第二太阳翼以实现两者的对日定向同向共面运动。该系统以具有运行复杂控制算法的第一驱动控制器和第二驱动控制器为核心，接收到上级主控系统的对日定向控制指令后，运行同一控制指令，对两个不同的太阳翼采取不同的处理方法，实现两个太阳翼的对日定向同向共面运动，实现了空间站对称舱段太阳翼的高精度协同控制。
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 (8)

1.一种空间站对称舱段太阳翼协同控制系统，其特征在于，该系统包含：
第一太阳翼和第二太阳翼，在空间站舱外对称分布；
第一驱动控制器，通过第一电机与所述第一太阳翼连接，所述第一驱动控制器用于控制所述第一太阳翼的运动；
第一双通道旋转变压器，与所述第一太阳翼连接，用于测量所述第一太阳翼的角度位置，所述第一双通道旋转变压器还与所述第一驱动控制器信号连接；
第二驱动控制器，通过第二电机与所述第二太阳翼连接，所述第二驱动控制器用于控制所述第二太阳翼的运动；
第二双通道旋转变压器，与所述第二太阳翼连接，用于测量所述第二太阳翼的角度位置，所述第二双通道旋转变压器与所述第二驱动控制器信号连接；
上级主控系统，与所述第一驱动控制器和第二驱动控制器信号连接，用于向第一驱动控制器和第二驱动控制器发送总线指令或硬线指令，以便所述第一驱动控制器和第二驱动控制器控制所述第一太阳翼和第二太阳翼的运动。
2.如权利要求1所述的空间站对称舱段太阳翼协同控制系统，其特征在于，
所述第一双通道旋转变压器和所述第二双通道旋转变压器对称分布，两者绝对位置零点与空间站舱体轴线平行。
3.如权利要求1所述的空间站对称舱段太阳翼协同控制系统，其特征在于，
所述第一双通道旋转变压器采集的所述第一太阳翼角度和所述第二双通道旋转变压器采集的所述第二太阳翼角度之和为360°。
4.一种采用如权利要求1～3所述的空间站对称舱段太阳翼协同控制系统协同控制的方法，其特征在于，该方法包含：
S1、第一驱动控制器和第二驱动控制器接收上级主控系统的同一总线指令或硬线指令；
S2、第一驱动控制器和第二驱动控制器分别采集第一双通道旋转变压器和第二双通道旋转变压器测量的角度位置信息；
S3、所述第一驱动控制器和第二驱动控制器根据步骤S2所得的信息控制所述第一太阳翼和第二太阳翼运动。
5.如权利要求4所述的空间站对称舱段太阳翼协同控制方法，其特征在于，
所述总线指令或硬线指令为正向跟踪指令，所述第一驱动控制器控制所述第一太阳翼绕第一电机的电机轴逆时针转动，所述第二驱动控制器控制所述第二太阳翼绕第二电机的电机轴顺时针转动，使得第一驱动控制器采集到第一双通道旋转变压器测量的角度为α，第二驱动控制器采集到第二双通道旋转变压器测量的角度为β，α+β＝360°，α减小β同速率增加。
6.如权利要求4所述的空间站对称舱段太阳翼协同控制方法，其特征在于，
所述总线指令为伺服到θ角度指令，所述第一驱动控制器控制第一太阳翼运动，使得第一双通道旋转变压器测量的第一太阳翼的角度为α＝θ，所述第二驱动控制器控制第二太阳翼运动，使得第二双通道旋转变压器测量第二太阳翼的角度为β＝360°-θ。
7.如权利要求4所述的空间站对称舱段太阳翼协同控制方法，其特征在于，
所述总线指令或硬线指令为垂直归零指令，所述第一驱动控制器控制第一太阳翼运动到垂直位置，使得第一双通道旋转变压器测量的第一太阳翼的角度为α＝90°，所述第二驱动控制器控制第二太阳翼运动到垂直位置，使得第二双通道旋转变压器测量第二太阳翼的角度为β＝270°。
8.如权利要求4所述的空间站对称舱段太阳翼协同控制方法，其特征在于，
所述总线指令或硬线指令为水平归零指令，所述第一驱动控制器控制第一太阳翼运动到水平位置，使得第一双通道旋转变压器测量的第一太阳翼的角度为α＝0°，所述第二驱动控制器控制第二太阳翼运动到水平位置，使得第二双通道旋转变压器测量第二太阳翼的角度为β＝360°。
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