CN114999285A - 一种电磁驱动式微重力环境落塔系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁驱动式微重力环境落塔系统，包括依次连接的储能变流分系统、直线驱动分系统和实验落舱分系统；储能变流分系统，储能变流分系统将存储的电网能量转化成三相交流电输出至直线驱动分系统；直线驱动分系统，用于接收储能变流分系统输出的三相交流电并产生电磁推力；实验落舱分系统，用于接收直线驱动分系统的电磁推力，并为实验装置提供稳定的电能。采用直线电机驱动落舱做直线运动，采用大容量电力电子设备为直线电机提供电能，采用具有双舱结构的实验落舱为实验载荷提供微重力环境，采用高性能分布式网络对系统进行监测和控制，该系统解决了传统落塔微重力水平较低、实验频率低、实验准备时间长以及实验场景单一的问题。

Description

一种电磁驱动式微重力环境落塔系统

技术领域

本发明属于微重力实验技术领域，具体涉及一种电磁驱动式微重力环境落塔系统。

背景技术

随着我国科学技术的飞速发展，基础物理、生物、医学、航空航天等领域对微重力环境下的科学实验需求日益增加。相比于空间站、火箭、飞机做抛物线运动等创造微重力环境的方式，微重力环境落塔具有实验准备时间短、实验频率高、单次实验成本低等优点，逐渐成为在地面做微重力实验的主要方式之一。

传统落塔采用抽真空技术将整个落塔抽真空并将实验对象从塔顶抛落使其做自由落体运动来达到创造微重力环境的目的。该种形式的落塔微重力水平较低且每天仅可实验2-3次，制约了微重力环境实验的准确度和实验效率。近年来，随着电磁发射技术的逐渐成熟，基于该技术的新型电磁驱动式微重力环境落塔可完成每天300次的微重力实验，微重力水平预计可达10^-6g量级，且由于直线电机具有可控性强的特点，电磁驱动式微重力环境落塔还可进行超重力和欠重力实验，将极大丰富落塔装置的功能，为微重力或超重力条件下的科学实验提供高效、可靠的实验环境。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提供一种电磁驱动式微重力环境落塔系统，该系统解决了传统落塔微重力水平较低、实验频率低、实验准备时间长以及实验场景单一的问题。

本发明采用的技术方案是：一种电磁驱动式微重力环境落塔系统，包括依次连接的储能变流分系统、直线驱动分系统和实验落舱分系统；

储能变流分系统，储能变流分系统将存储的电网能量转化成三相交流电输出至直线驱动分系统；

直线驱动分系统，用于接收储能变流分系统输出的三相交流电并产生电磁推力，为实验落舱提供推力；

实验落舱分系统，用于接收直线驱动分系统的电磁推力，并为实验装置提供稳定的电能。

进一步地，所述储能变流分系统包括第一储能变流装置、第二储能变流装置、第三储能变流装置、第四储能变流装置、第一拓扑变换节点、第二拓扑变换节点、第三拓扑变换节点、第四拓扑变换节点及2P个段间切换节点；第一储能变流装置通过第一拓扑变换节点与左侧母排电缆相连，第二储能变流装置通过第二拓扑变换节点与左侧母排电缆相连，第三储能变流装置通过第三拓扑变换节点与右侧母排电缆相连，第四储能变流装置通过第四拓扑变换节点与右侧母排电缆相连；第一段间切换节点至第P段间切换节点均与左侧母排电缆相连，第P+1段间切换节点至第2P段间切换节点均与右侧母排电缆相连。

进一步地，所述直线驱动分系统包括直线双边电机定子、直线双边电机动子及紧急制动单元；其中，直线双边电机定子包括2P 个定子段，直线双边电机动子包括第一动子和第二动子，紧急制动单元包括第一紧急制动段、第二紧急制动段、第一紧急缓冲段及第二紧急缓冲段；第一定子段至第P定子段分别与第一段间切换节点至第P段间切换节点呈一一对应连接，第P+1定子段至第2P定子段分别与第P+1段间切换节点至第2P段间切换节点呈一一对应连接；第P定子段的末端依次连接第一紧急制动段和第一紧急缓冲段，第2P定子段的末端依次连接第二紧急制动段和第二紧急缓冲段；第一动子的初始位置位于第P定子段处，第二动子的初始位置位于第2P定子段处，且第一动子和第二动子位于直线双边电机定子之间。

进一步地，所述实验落舱分系统包括实验落舱传动结构、实验落舱外舱和实验落舱内舱；实验落舱传动结构的两端分别与第一动子和第二动子连接。

进一步地，所述第一动子上安装有第一电涡流位置传感器，所述第二动子上安装有第二电涡流位置传感器；第一定子段至第P定子段、第一紧急制动段和第一紧急缓冲段覆盖有第一位置编码器，第P+1定子段至第2P定子段、第二紧急制动段和第二紧急缓冲段覆盖有第二位置编码器。

进一步地，所述第一位置编码器和第二位置编码器的编码齿的间距均遵循如下计算公式：

Lmin=Vmax/Fmax

Lmin为编码齿间距最小值，Vmax为动子运行最高速度，Fmax为储能变流装置最高开关频率。

每个电涡流位置传感器内安装R个电涡流探头，R为正偶数，电涡流位置传感器的位置检测精度遵循如下计算公式：

Enc = 0.5×(∑X_i)×δ，i：1→R/2

X_i为第i路绝对位置计数，δ为单套正交编码精度，∑为求和符号。

进一步地，所述第一储能变流装置、第二储能变流装置、第三储能变流装置和第四储能变流装置均包括依次串联的充电机、超级电容、泄放单元、逆变单元及输出开关，正常工作时，泄放单元不导通。

进一步地，还包括控制监控分系统，控制监控分系统分别与储能变流分系统、直线驱动分系统和实验落舱分系统双向通信；

所述控制监控分系统包括全系统指挥控制台站、全系统健康监测台站、全系统信息汇总台站、电机控制器、第一储能变流装置控制器、第二储能变流装置控制器、第三储能变流装置控制器、第四储能变流装置控制器、第一切换采集单元、第二切换采集单元及2P个段间切换节点控制单元；第一储能变流装置控制器、第二储能变流装置控制器、第三储能变流装置控制器和第四储能变流装置控制器分别驱动第一储能变流装置、第二储能变流装置、第三储能变流装置和第四储能变流装置；第一段间切换节点控制单元至第2P段间切换节点控制单元分别呈一一对应控制第一段间切换节点至第2P段间切换节点。

进一步地，所述全系统指挥控制台站与电机控制器之间通过以太网双向传输参数、通过I/O信号双向传输指令；第一储能变流装置控制器、第二储能变流装置控制器、第三储能变流装置控制器和第四储能变流装置控制器均通过高速串口与电机控制器双向通信；第一切换采集单元和第二切换采集单元均通过高速串行通信协议与电机控制器双向通信；第一段间切换节点控制单元至第P段间切换节点控制单元均通过高速串行通信协议与第一切换采集单元双向通信，第P+1段间切换节点控制单元至第2P段间切换节点控制单元均通过高速串行通信协议与第二切换采集单元双向通信；全系统指挥控制台站、全系统健康监测台站和全系统信息汇总台站依次通过以太网双向通信。

进一步地，所述控制监控分系统控制指令下达流程为：实验开始前，操作人员根据实验需求，通过全系统指挥控制台站选择落塔运行工况、设置落塔运行参数及落塔启动或停止运行指令，之后全系统指挥控制台站将落塔运行所需的参数和指令同时发送至电机控制器，电机控制器将三相电压指令同时发送至第一储能变流装置控制器、第二储能变流装置控制器、第三储能变流装置控制器和第四储能变流装置控制器进行变流调制，至此，完成一次控制指令下达；

所述控制监控分系统健康状态监测流程为：电机控制器以固定频率F赫兹同时向第一储能变流装置控制器、第二储能变流装置控制器、第三储能变流装置控制器、第四储能变流装置控制器、第一切换采集单元和第二切换采集单元发送健康数据发送请求指令，第一切换采集单元、第二切换采集单元将收到的来自电机控制的健康数据请求指令分别转发至第一段间切换节点控制单元至第P段间切换节点控制单元、第P+1段间切换节点控制单元至第2P段间切换节点控制单元；收到健康数据请求指令的储能变流装置控制器、切换采集单元、段间切换节点控制单元均向电机控制器发送设备健康数据至电机控制器，电机控制器汇总数据后通过以太网将数据发送至全系统健康监测台站进行显示、同时发送给全系统信息汇总台站对数据进行存储，至此完成一次健康监测数据采集流程。

与传统落舱技术相比，本发明具有以下优点：

1）采用直线电机驱动实验落舱完成加速上抛、自由抛物线运动、自由落体运动、电制动运动，落塔微重力时间为传统落塔两倍，且可通过控制直线电机出力创造超重力和欠重力环境，增加了落塔的适用范围；

2）采用微重力环境落塔，仅对实验落舱内外舱之间空间抽真空，无需对整个落塔做抽真空处理，可极大减少实验准备时间，降低单次实验成本；

3）电磁驱动系统电能补充快，单次电能补充时间可控制在分钟量级，可显著提高实验频次。

附图说明

图1为本发明电磁驱动式微重力环境落塔系统示意图

图2为本发明电磁驱动式微重力环境落塔系统供电拓扑示意图；

图3为图2中储能变流装置拓扑示意图

图4为本发明控制监控分系统拓扑示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

如图1所示电磁驱动式微重力环境落塔系统，包括依次连接的储能变流分系统1、直线驱动分系统2和实验落舱分系统3，以及控制监控分系统4，控制监控分系统4分别与储能变流分系统1、直线驱动分系统2和实验落舱分系统3双向通信。即能量传输路径为：能量依次经过储能变流分系统1、直线驱动分系统2和实验落舱分系统3，该路径将电能转换为动能；信息传输路径不唯一，信息可在储能变流分系统1、直线驱动分系统2、实验落舱分系统3和控制监控分系统4之间互相传递。各分系统功能如下：

储能变流分系统1，用于从电网存储能量并根据需要调制为幅值、频率可控的三相交流电输出至直线驱动分系统2；

直线驱动分系统2，用于接收储能变流分系统1输出的三相交流电，并完成电能到机械能的转换，产生可控电磁力，为实验落舱提供推力；

实验落舱分系统3，用于承载实验载荷并为实验装置提供稳定的电能，最终为实验载荷提供长达数秒到几十秒级的微重力、超重力或欠重力环境；

控制监控分系统4，用于对储能变流分系统1、直线驱动分系统2、实验落舱分系统3内设备进行健康监测并完成系统控制指令的下达。

如图2所示储能变流分系统1包括第一储能变流装置1-1、第二储能变流装置1-2、第三储能变流装置1-3、第四储能变流装置1-4、第一拓扑变换节点2-1、第二拓扑变换节点2-2、第三拓扑变换节点2-3、第四拓扑变换节点2-4及2P个段间切换节点（即第一段间切换节点3-1至第2P段间切换节点3-2P，P为正整数）；第一储能变流装置1-1通过第一拓扑变换节点2-1与左侧母排电缆11相连，同样地，第二储能变流装置1-2通过第二拓扑变换节点2-2与左侧母排电缆11相连，第三储能变流装置1-3通过第三拓扑变换节点2-3与右侧母排电缆12相连，第四储能变流装置1-4通过第四拓扑变换节点2-4与右侧母排电缆12相连；第一段间切换节点3-1至第P段间切换节点3-P均与左侧母排电缆11相连，第P+1段间切换节点3-（P+1）至第2P段间切换节点3-2P均与右侧母排电缆12相连。第一储能变流装置1-1、第二储能变流装置1-2、第一拓扑变换节点2-1、第二拓扑变换节点2-2、第一段间切换节点3-1至第P段间切换节点3-P构成左侧直线电机双端供电系统，第三储能变流装置1-3、第四储能变流装置1-4、第三拓扑变换节点2-3、第四拓扑变换节点2-4、第P+1段间切换节点3-（P+1）至第2P段间切换节点3-2P构成右侧直线电机双端供电系统，且两套直线电机双端供电系统相互独立。

直线驱动分系统2采用长定子分段供电双边直线电机，包括直线双边电机定子、直线双边电机动子及紧急制动单元。其中，直线双边电机定子包括2P 个定子段（即第一定子段4-1至第2P定子段4-2P），直线双边电机动子包括第一动子5-1和第二动子5-2，紧急制动单元包括第一紧急制动段6-1、第二紧急制动段6-2、第一紧急缓冲段7-1及第二紧急缓冲段7-2。第一定子段4-1至第P定子段4-P分别与第一段间切换节点3-1至第P段间切换节点3-P呈一一对应连接，相同地，第P+1定子段4-（P+1）至第2P定子段4-2P分别与第P+1段间切换节点3-（P+1）至第2P段间切换节点3-2P呈一一对应连接；第P定子段4-P的末端依次连接第一紧急制动段6-1和第一紧急缓冲段7-1，第2P定子段4-2P的末端依次连接第二紧急制动段6-2和第二紧急缓冲段7-2；第一动子5-1的初始位置位于第P定子段4-P处，第二动子5-2的初始位置位于第2P定子段4-2P处，且第一动子5-1和第二动子5-2位于直线双边电机定子之间。

储能变流装置实现将电网电能存储、逆变、泄放等功能，可将电网电能调制成幅值、相位可调的三相交流电，并通过母排电缆输送给直线驱动分系统2的直线双边电机定子。直线驱动分系统2的直线双边电机定子和紧急制动单元均安装于落塔钢结构塔架的内塔架上。当实验落舱运行时，根据实验落舱位置，通过段间切换节点控制分段导通直线双边电机定子，实现短距高加速的目的。

实验落舱分系统3包括实验落舱传动结构8、实验落舱外舱9和实验落舱内舱10。实验落舱传动结构8的两端分别与第一动子5-1和第二动子5-2连接，实现将直线电机产生的电磁推力传递给实验落舱的功能。进行微重力实验时，需对实验落舱外舱9抽真空，真空度＜10^-2mbar，在实验落舱加速/制动段，内外舱接触，在实验落舱自由飞行段，内外舱分离，外舱跟踪内舱运动，目的是减少外舱振动向内舱的传递。进行超重力或欠重力实验时，内外舱全程接触运行，通过直线电机输出不同的推力实现超重力或欠重力的运行工况。

为了实现直线电机动子的位置检测，采用“电涡流传感器+位置编码器”的位置检测方案。第一电涡流位置传感器14-1位于第一动子5-1上随第一动子5-1一同运动，同理，第二电涡流位置传感器14-2位于第二动子5-2上随第二动子5-2一同运动；第一位置编码器13-1完全覆盖第一定子段4-1至第P定子段4-P、第一紧急制动段6-1和第一紧急缓冲段7-1，第二位置编码器13-2完全覆盖第P+1定子段4-（P+1）至第2P定子段4-2P、第二紧急制动段6-2和第二紧急缓冲段7-2。该种位置传感器与位置编码器的布置方案，相比于位置编码器安装于直线电机动子上而位置传感器安装于直线电机定子上的方案，由于所需位置传感器的数量和通信光缆数量大幅减少，可显著降低直线电机位置检测系统的成本并降低直线电机位置检测系统的故障率，提高了直线电机位置检测系统的可靠性和可维护性。

位置编码器的编码齿的间距设计遵循如下计算公式：

Lmin=Vmax/Fmax

Lmin为编码齿间距最小值，Vmax为动子运行最高速度，Fmax为储能变流装置最高开关频率。

每个电涡流位置传感器内安装R（R为正偶数）个电涡流探头，电涡流位置传感器的位置检测精度遵循如下计算公式：

Enc = 0.5×(∑X_i)×δ，i：1→R/2

X_i为第i路绝对位置计数，δ为单套正交编码精度，∑为求和符号。

本实施例中紧急制动单元由涡流制动、液压缓冲、蜂窝铝缓冲三种紧急制动装置组合集成，可实现全系统断电情况下的被动制动，可保证实验落舱由最高速掉落时速度减速至0，达到保护落塔地基、钢结构塔架等设施的目的。

如图3所示，第一储能变流装置1-1、第二储能变流装置1-2、第三储能变流装置1-3和第四储能变流装置1-4均包括依次串联的充电机101、超级电容102、泄放单元103、逆变单元104及输出开关105。电磁驱动式微重力落塔在运行过程中，所需的瞬时放电能量可达几十兆焦，为降低对电网功率需求和减小冲击，采用功率/能量密度高的超级电容102将取自电网中的能量存储。落塔实验间隙，充电功率可到上百千瓦的充电机101快速向超级电容中补充电能，落塔实验时，逆变单元104（中点箝位三电平拓扑，功率开关器件两管并联）将超级电容102中存储的电能调制成所需的交流电能经输出开关105输送至直线电机用于产出电磁推力供实验落舱运行。采用超级电容102储能方案，还可回收实验落舱制动过程中的能量，经济性好。当需要释放超级电容102中的能量时，可导通泄放单元103（正常工作时，泄放单元103不导通），将超级电容102中的能量消耗在泄能电阻1031上。

如图2、3所示，储能变流装置内配置有多个功率开关器件，属易发生故障设备。当储能变流装置发生故障时(以第一储能变流装置1-1故障为例)，需将故障储能变流装置与供电系统分离，此时逆变单元104封脉冲、输出开关105断开、第一拓扑变换节点2-1闭合、第二拓扑变换节点2-2断开，实现直线电机供电系统由双端供电向单端Y型供电的拓扑变换。

如图4所示，控制监控分系统4包括全系统指挥控制台站21、全系统健康监测台站22、全系统信息汇总台站23、电机控制器7、第一储能变流装置控制器106-1、第二储能变流装置控制器106-2、第三储能变流装置控制器106-3、第四储能变流装置控制器106-4、第一切换采集单元8-1、第二切换采集单元8-2及2P个段间切换节点控制单元（即第一段间切换节点控制单元9-1至第2P段间切换节点控制单元9-2P，K为正整数）；第一储能变流装置控制器106-1、第二储能变流装置控制器106-2、第三储能变流装置控制器106-3和第四储能变流装置控制器106-4分别驱动第一储能变流装置1-1、第二储能变流装置1-2、第三储能变流装置1-3和第四储能变流装置1-4；第一段间切换节点控制单元9-1至第2P段间切换节点控制单元9-2P分别呈一一对应控制第一段间切换节点3-1至第2P段间切换节点3-2P。

全系统指挥控制台站21与电机控制器7之间通过以太网双向传输参数、通过I/O信号双向传输指令；第一储能变流装置控制器106-1、第二储能变流装置控制器106-2、第三储能变流装置控制器106-3和第四储能变流装置控制器106-4均通过高速串口与电机控制器7双向通信；第一切换采集单元8-1和第二切换采集单元8-2均通过高速串行通信协议与电机控制器7双向通信；第一段间切换节点控制单元9-1至第P段间切换节点控制单元9-P均通过高速串行通信协议与第一切换采集单元8-1双向通信，第P+1段间切换节点控制单元9-（P+1）至第2P段间切换节点控制单元9-2P均通过高速串行通信协议与第二切换采集单元8-2双向通信；全系统指挥控制台站21、全系统健康监测台站22和全系统信息汇总台站23依次通过以太网双向通信。

控制监控分系统4实时控制网采用干线网络与支线网络相结合的组网形式，其中干线网络采用千兆以太网通信协议，支线网络采用I/O信号、高速串口、高速串行通信协议相结合的网络通信协议。干线网络与直线网络的连接节点是全系统信息汇总台站23和电机控制器7。控制监控分系统4主要功能为控制指令下达和健康状态监测。

控制监控分系统4控制指令下达流程为：实验开始前，操作人员根据实验需求，通过全系统指挥控制台站21选择落塔运行工况、设置落塔运行参数及落塔启动或停止运行指令，之后全系统指挥控制台站21将落塔运行所需的参数和指令同时发送至电机控制器7，电机控制器7将三相电压指令同时发送至第一储能变流装置控制器106-1、第二储能变流装置控制器106-2、第三储能变流装置控制器106-3和第四储能变流装置控制器106-4进行变流调制，至此，完成一次控制指令下达。

控制监控分系统4健康状态监测流程为：电机控制器以固定频率F赫兹（F为正整数）同时向第一储能变流装置控制器106-1、第二储能变流装置控制器106-2、第三储能变流装置控制器106-3、第四储能变流装置控制器106-4、第一切换采集单元8-1和第二切换采集单元8-2发送健康数据发送请求指令，第一切换采集单元8-1、第二切换采集单元8-2将收到的来自电机控制7的健康数据请求指令分别转发至第一段间切换节点控制单元9-1至第P段间切换节点控制单元9-P、第P+1段间切换节点控制单元9-（P+1）至第2P段间切换节点控制单元9-2P。之后，收到健康数据请求指令的储能变流装置控制器、切换采集单元、段间切换节点控制单元均向电机控制器发送设备健康数据至电机控制器7，电机控制器7汇总数据后通过以太网将数据发送至全系统健康监测台站22进行显示、同时发送给全系统信息汇总台站23对数据进行存储，至此完成一次健康监测数据采集流程。

本发明电磁驱动式微重力环境落塔系统采用直线电机驱动落舱做直线运动，采用大容量电力电子设备为直线电机提供电能，采用具有双舱结构的实验落舱为实验载荷提供微重力环境，采用高性能分布式网络对系统进行监测和控制，该系统解决了传统落塔微重力水平较低、实验频率低、实验准备时间长以及实验场景单一的问题。

以上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和具体过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。

Claims (10)

1.一种电磁驱动式微重力环境落塔系统，其特征在于：包括依次连接的储能变流分系统（1）、直线驱动分系统（2）和实验落舱分系统（3）；

储能变流分系统（1），储能变流分系统（1）将存储的电网能量转化成三相交流电输出至直线驱动分系统（2）；

直线驱动分系统（2），用于接收储能变流分系统（1）输出的三相交流电并产生电磁推力，为实验落舱提供推力；

实验落舱分系统（3），用于接收直线驱动分系统（2）的电磁推力，并为实验装置提供稳定的电能。

2.根据权利要求1所述电磁驱动式微重力环境落塔系统，其特征在于：所述储能变流分系统（1）包括第一储能变流装置（1-1）、第二储能变流装置（1-2）、第三储能变流装置（1-3）、第四储能变流装置（1-4）、第一拓扑变换节点（2-1）、第二拓扑变换节点（2-2）、第三拓扑变换节点（2-3）、第四拓扑变换节点（2-4）及2P个段间切换节点；第一储能变流装置（1-1）通过第一拓扑变换节点（2-1）与左侧母排电缆（11）相连，第二储能变流装置（1-2）通过第二拓扑变换节点（2-2）与左侧母排电缆（11）相连，第三储能变流装置（1-3）通过第三拓扑变换节点（2-3）与右侧母排电缆（12）相连，第四储能变流装置（1-4）通过第四拓扑变换节点（2-4）与右侧母排电缆（12）相连；第一段间切换节点（3-1）至第P段间切换节点（3-P）均与左侧母排电缆（11）相连，第P+1段间切换节点（3-（P+1））至第2P段间切换节点（3-2P）均与右侧母排电缆（12）相连。

3.根据权利要求2所述电磁驱动式微重力环境落塔系统，其特征在于：所述直线驱动分系统（2）包括直线双边电机定子、直线双边电机动子及紧急制动单元；其中，直线双边电机定子包括2P 个定子段，直线双边电机动子包括第一动子（5-1）和第二动子（5-2），紧急制动单元包括第一紧急制动段（6-1）、第二紧急制动段（6-2）、第一紧急缓冲段（7-1）及第二紧急缓冲段（7-2）；第一定子段（4-1）至第P定子段（4-P）分别与第一段间切换节点（3-1）至第P段间切换节点（3-P）呈一一对应连接，第P+1定子段（4-（P+1））至第2P定子段（4-2P）分别与第P+1段间切换节点（3-（P+1））至第2P段间切换节点（3-2P）呈一一对应连接；第P定子段（4-P）的末端依次连接第一紧急制动段（6-1）和第一紧急缓冲段（7-1），第2P定子段（4-2P）的末端依次连接第二紧急制动段（6-2）和第二紧急缓冲段（7-2）；第一动子（5-1）的初始位置位于第P定子段（4-P）处，第二动子（5-2）的初始位置位于第2P定子段（4-2P）处，且第一动子（5-1）和第二动子（5-2）位于直线双边电机定子之间。

4.根据权利要求3所述电磁驱动式微重力环境落塔系统，其特征在于：所述实验落舱分系统（3）包括实验落舱传动结构（8）、实验落舱外舱（9）和实验落舱内舱（10）；实验落舱传动结构（8）的两端分别与第一动子（5-1）和第二动子（5-2）连接。

5.根据权利要求3所述电磁驱动式微重力环境落塔系统，其特征在于：所述第一动子（5-1）上安装有第一电涡流位置传感器（14-1），所述第二动子（5-2）上安装有第二电涡流位置传感器（14-2）；第一定子段（4-1）至第P定子段（4-P）、第一紧急制动段（6-1）和第一紧急缓冲段（7-1）覆盖有第一位置编码器（13-1），第P+1定子段（4-（P+1））至第2P定子段（4-2P）、第二紧急制动段（6-2）和第二紧急缓冲段（7-2）覆盖有第二位置编码器（13-2）。

6.根据权利要求5所述电磁驱动式微重力环境落塔系统，其特征在于：所述第一位置编码器（13-1）和第二位置编码器（13-2）的编码齿的间距均遵循如下计算公式：

Lmin=Vmax/Fmax

Lmin为编码齿间距最小值，Vmax为动子运行最高速度，Fmax为储能变流装置最高开关频率；

每个电涡流位置传感器内安装R个电涡流探头，R为正偶数，电涡流位置传感器的位置检测精度遵循如下计算公式：

Enc = 0.5×(∑X_i)×δ，i：1→R/2

X_i为第i路绝对位置计数，δ为单套正交编码精度，∑为求和符号。

7.根据权利要求2所述电磁驱动式微重力环境落塔系统，其特征在于：所述第一储能变流装置（1-1）、第二储能变流装置（1-2）、第三储能变流装置（1-3）和第四储能变流装置（1-4）均包括依次串联的充电机（101）、超级电容（102）、泄放单元（103）、逆变单元（104）及输出开关（105），正常工作时，泄放单元（103）不导通。

8.根据权利要求2所述电磁驱动式微重力环境落塔系统，其特征在于：还包括控制监控分系统（4），控制监控分系统（4）分别与储能变流分系统（1）、直线驱动分系统（2）和实验落舱分系统（3）双向通信；

所述控制监控分系统（4）包括全系统指挥控制台站（21）、全系统健康监测台站（22）、全系统信息汇总台站（23）、电机控制器（7）、第一储能变流装置控制器（106-1）、第二储能变流装置控制器（106-2）、第三储能变流装置控制器（106-3）、第四储能变流装置控制器（106-4）、第一切换采集单元（8-1）、第二切换采集单元（8-2）及2P个段间切换节点控制单元；第一储能变流装置控制器（106-1）、第二储能变流装置控制器（106-2）、第三储能变流装置控制器（106-3）和第四储能变流装置控制器（106-4）分别驱动第一储能变流装置（1-1）、第二储能变流装置（1-2）、第三储能变流装置（1-3）和第四储能变流装置（1-4）；第一段间切换节点控制单元（9-1）至第2P段间切换节点控制单元（9-2P）分别呈一一对应控制第一段间切换节点（3-1）至第2P段间切换节点（3-2P）。

9.根据权利要求8所述电磁驱动式微重力环境落塔系统，其特征在于：所述全系统指挥控制台站（21）与电机控制器（7）之间通过以太网双向传输参数、通过I/O信号双向传输指令；第一储能变流装置控制器（106-1）、第二储能变流装置控制器（106-2）、第三储能变流装置控制器（106-3）和第四储能变流装置控制器（106-4）均通过高速串口与电机控制器（7）双向通信；第一切换采集单元（8-1）和第二切换采集单元（8-2）均通过高速串行通信协议与电机控制器（7）双向通信；第一段间切换节点控制单元（9-1）至第P段间切换节点控制单元（9-P）均通过高速串行通信协议与第一切换采集单元（8-1）双向通信，第P+1段间切换节点控制单元（9-（P+1））至第2P段间切换节点控制单元（9-2P）均通过高速串行通信协议与第二切换采集单元（8-2）双向通信；全系统指挥控制台站（21）、全系统健康监测台站（22）和全系统信息汇总台站（23）依次通过以太网双向通信。

10.根据权利要求8所述电磁驱动式微重力环境落塔系统，其特征在于：所述控制监控分系统（4）控制指令下达流程为：实验开始前，操作人员根据实验需求，通过全系统指挥控制台站（21）选择落塔运行工况、设置落塔运行参数及落塔启动或停止运行指令，之后全系统指挥控制台站（21）将落塔运行所需的参数和指令同时发送至电机控制器（7），电机控制器（7）将三相电压指令同时发送至第一储能变流装置控制器（106-1）、第二储能变流装置控制器（106-2）、第三储能变流装置控制器（106-3）和第四储能变流装置控制器（106-4）进行变流调制，至此，完成一次控制指令下达；

所述控制监控分系统（4）健康状态监测流程为：电机控制器以固定频率F赫兹同时向第一储能变流装置控制器（106-1）、第二储能变流装置控制器（106-2）、第三储能变流装置控制器（106-3）、第四储能变流装置控制器（106-4）、第一切换采集单元（8-1）和第二切换采集单元（8-2）发送健康数据发送请求指令，第一切换采集单元（8-1）、第二切换采集单元（8-2）将收到的来自电机控制器（7）的健康数据请求指令分别转发至第一段间切换节点控制单元（9-1）至第P段间切换节点控制单元（9-P）、第P+1段间切换节点控制单元（9-（P+1））至第2P段间切换节点控制单元（9-2P）；收到健康数据请求指令的储能变流装置控制器、切换采集单元、段间切换节点控制单元均向电机控制器发送设备健康数据至电机控制器（7），电机控制器（7）汇总数据后通过以太网将数据发送至全系统健康监测台站（22）进行显示、同时发送给全系统信息汇总台站（23）对数据进行存储，至此完成一次健康监测数据采集流程。

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