星载反作用飞轮开关霍尔标定方法

针对开关霍尔测速的卫星姿控反作用飞轮在低速反馈延迟大,导致控制系统低速性能较差的问题,提出了一种开关霍尔标定算法。通过地面测量获得飞轮稳速旋转1个机械周期内各霍尔状态区间对应的时间序列,计算出1个机械周期内各状态区间对应的实际机械角度序列,利用在线标定算法确定该机械角度序列与飞轮旋转过程中实时获取的霍尔脉冲时间序列的最优匹配关系,运用该匹配关系计算飞轮转速。相较于传统周期法,此标定算法极大程度降低了反馈延迟,飞轮低速控制性能由转速低于50 r/min震荡,优化为速度控制精度(@50 r/min)为±0.5 r/min,最低可控转速为7 r/min,速度控制精度(@7 r/min)为±1 r/min。

位移传感器数据高精度采集电路设计

对位移传感器数据进行高精度采集是实现大型望远镜主镜位置监控的关键环节。详细分析了位移传感器数据采集电路的输入需求并依此设计硬件电路。将位移传感器信号经过缩放、滤波等调理后输入至ADC芯片ADS1259完成A/D转换;使用DSP芯片TMS320F28069读取ADS1259输出的数字信号,解码后发送给PC机进行处理与显示。同时设计了CAN总线接口,用来实现分布式采集电路组建局域网。经过测试,采集电路的有效分辨率可达到17 bit,位移采集误差小于2μm,相对误差小于0.01%,能够实现对位移传感器信号的高精度采集,为望远镜主镜监控提供保证和依据。

应用于力促动器的高精度力采集系统设计

对力信号的高精度采集是实现力促动器系统精确控制的前提。设计了高精度力传感器信号采集系统,包括力采集模块、DSP处理模块和上位机软件。力采集模块在对力传感器信号调理后采用ADS1259芯片实现了模数转换过程;DSP处理模块读取ADC输出的数字信号并与上位机通信;上位机软件使用Python设计,实现了对数字信号的处理与显示。经过测试,该系统采集误差小于0.1 m V,采集数据波动小于20μV,可以为力促动器系统的闭环控制提供依据。

基于非线性跟踪微分器的编码器数据采集应用

针对某望远镜转台使用的SSI接口绝对式编码器,提出基于FPGA读取编码器信号的方案,并给出非线性跟踪微分器的测速滤波方法,同时采用预报补偿的方法解决滤波后的相位延迟问题。根据读取到的编码器位置信息,能够准确快速地估计出速度值,滤除信号中的随机噪声干扰。该方案不依赖对象模型,算法简单,调节参数少,计算量小,易于在工程中实现。通过仿真分析和实验验证表明,该方案能够准确读取绝对式编码器码值,根据码值信息估计速度信息,转台以0.05(°)/s转动时,速度波动方差降低了3.46(″)/s,改善了低速运行的平稳性。实验证明了该方法的准确性和有效性,具有良好的使用价值。

大型望远镜主镜位置采集系统设计

对大型望远镜主镜位置进行高精度实时采集是实现主镜位置控制,提高望远镜成像质量的前提。设计了大型望远镜主镜位置采集系统,包括位置采集模块和上位机软件。位置采集模块对位移传感器信号进行调理后使用24 bit的ADC芯片ADS1259实现模数转换,采用DSP处理转换后的数字信号并与上位机通信,同时实现CAN总线组网;上位机软件使用python语言设计,实现主镜位置信息的实时处理和显示。经过测试,该系统的采集误差小于2μm,能够实现对望远镜主镜位置信号的高精度采集。

商用卫星姿控反作用飞轮控制系统设计与实现

针对商用小卫星平台的高性能、高可靠、低成本的需求,开展了卫星姿控反作用飞轮控制系统设计。针对飞轮控制性能受轴承摩擦、模型不确定度以及霍尔传感器测速精度差等因素影响的问题,采用了线性扩张状态观测器(LESO)对飞轮转子速度、扰动力矩进行实时估计、实时补偿,使飞轮控制性能得到改善。开展了反作用飞轮控制系统高可靠性设计技术研究,提出了商用卫星飞轮产品高可靠、低成本设计方法。实验结果显示,采用LESO补偿算法后,速度稳态精度(3σ)约0.0286 r/min,输出力矩从1.67变为3 mN·m,RMS误差从1.3377降为0.0786 mN·m,且不受转速变化影响。所设计的反作用飞轮控制系统具有良好的控制性能和可靠性,对商用卫星姿控反作用飞轮的低成本设计具有积极意义。

微小卫星磁力矩器多目标优化设计与实现

在保证额定输出磁矩的前提下,为尽可能减小微小卫星磁力矩器的质量和功耗,提出1种改进的磁力矩器设计算法:建立质量和功耗模型,并分析磁力矩器的质量和功耗的矛盾关系;然后通过实例给出1个质量-功耗优化函数,计算出相关设计参数,最后对设计参数进行具体实现和标定。实验结果表明,改进的设计算法及多目标优化设计准确有效,使用该方法计算设计的磁力矩器已在“吉林一号”星座系列卫星上得到了充分应用。