太阳帆板驱动机构的表面充放电效应研究

空间等离子体环境效应导致的卫星表面充放电是造成卫星在轨工作异常及故障的重要原因之一.太阳帆板驱动机构(Solar Array DriveAssembly,SADA)是长寿命、大功率卫星电传输环节的关键部件,易成为充放电效应的对象,可使卫星丧失能源,导致整星失效.为验证空间等离子体环境导致的表面充放电对SADA特别是其功率传输可靠性和安全性的影响,利用等离子体环境模拟试验装置,模拟地球同步轨道(Geostationary Orbit,GEO)等离子体环境,针对SADA进行试验研究.结果表明,使用两种不同绝缘材料的SADA在空间等离子体模拟环境下表现没有明显区别,表面充放电未对设计合理的SADA正常工作造成明显影响.研究结果对未来GEO轨道SADA等空间机构的可靠性和安全性设计具有一定指导意义.

带双轴太阳帆板驱动器的卫星建模与姿态控制

针对具有双轴太阳帆板驱动器的卫星,建立了卫星动力学模型。应用反馈线性化原理结合经典PD控制方法设计了卫星姿态机动和太阳帆板旋转的非线性反馈控制律,并采用卫星本体与太阳帆板分步连续机动的策略进行仿真。Matlab软件对卫星滚转通道的姿态机动控制和俯仰通道与偏航通道的姿态稳定控制的数学仿真说明了所提出控制律的有效性。结果表明太阳帆板双轴驱动器有效抑制了帆板挠性振动,有利于提高卫星姿态角和角速度的稳定性。

帆板驱动影响下的卫星姿态高精度高稳定度控制

受步进电机驱动作用,太阳帆板对日定向时卫星姿态受到影响。本文针对帆板驱动不平稳引起的同卫星姿态耦合干扰,提出了一种卫星姿态稳定和太阳帆板对日定向的复合控制方法。卫星姿态稳定采用自抗扰控制器,以估计补偿由帆板驱动和系统不确定性引起的干扰,并在此基础上,设计了步进电机自适应电流补偿驱动器,以克服帆板驱动机构摩擦力矩和谐波力矩影响。仿真结果表明,该方法能大大提高卫星姿态控制精度和稳定度,同时还改善了帆板对日定向的精度。

一种高稳定度帆板驱动系统的T-S模糊复合控制器

为减少帆板驱动机构(SADA)对太阳帆板挠性模态的激励作用,以扰动力矩较小的永磁同步电机(PMSM)作为驱动源,提出一种T-S模糊控制与校正网络相结合的控制方法。利用校正网络增加系统的相位裕度和增益,并通过T-S模糊控制器降低系统的超调和非线性摩擦的影响,从而有效抑制太阳帆板的振动。通过圆判据对带有此控制器的驱动系统进行了稳定性证明,很好地解决了模糊控制系统在摩擦扰动下难以进行频域理论分析的缺陷。仿真结果表明,在非线性摩擦等扰动的影响下,该控制方法能够很好地抑制太阳帆板引起的挠性振动,提高系统的速度精度和稳定度,具有较好的动态性能。

一种帆板驱动机构用永磁同步电机微步控制方法

根据磁场定向矢量控制原理,提出一种永磁同步电机微步驱动控制策略.通过保持定子电流矢量幅值不变并均匀改变定子电流矢量的位置,获得大小不变位置均匀变化的定子磁势,从而实现太阳帆板的对日定向.试验结果表明采用所提出的微步驱动控制方法实现了太阳帆板模拟负载的驱动性能,并得出设计过程中应综合考虑整机效率和帆板驱动速度稳定度因素来选取转矩电流给定的结论,也进一步证明了控制方法的有效性,可用于工程实际.

太阳帆板驱动机构内带电效应试验

太阳帆板驱动机构(Solar Array Drive Assembly,SADA)是长寿命、大功率航天器能源系统的关键部件.在空间高能电子环境下,SADA内部会发生静电放电甚至诱发二次放电,导致航天器丧失能源.利用双束加速器建立试验平台,对SADA进行内带电效应试验.试验中高能电子束的电子能量为2MeV,束流密度为5pA·cm^(-2),模拟SADA工作电压为50~150V,工作电流为0.5~1.5 A.试验样品充电电位在辐照5h后达到平衡,形成的电场约为5×10~6V·m^(-1).相同工作电流下的放电次数随工作电压增大而明显增加,说明工作电压形成的电场与高能电子沉积形成的电场叠加会增加SADA发生放电的风险.依据试验结果,提出SADA抗内带电设计方案:一是降低SADA介质盘的体电阻率;二是改进导电环结构体的结构设计,降低导电环间电压在介质盘上形成的电场.

太阳帆板驱动装置高分辨率转速测量方法

太阳帆板驱动装置(SADA)以极低转速实现对日定向功能,转速的不平稳对卫星产生姿态扰动。有限的位置或转速检测分辨率是SADA转速平稳控制的制约因素。针对SADA驱动系统采用旋转变压器角度直接差分方法进行测速存在测速分辨率较低的问题,提出了一种低速工况下的频率法测速及其FPGA实现方案,具有检测分辨率高的特点。对由此测速方法产生的时延约束,以及对SADA驱动系统产生的性能影响进行了理论分析。最后,搭建了SADA驱动系统的仿真和试验验证平台。仿真和试验结果表明,所提出的测速方法在SADA低速驱动场合具有更低的转速波动,较传统角度差分测速方法转速波动范围降低了60%以上。为SADA转速平稳控制奠定了基础。

挠性太阳帆板驱动控制系统研究

主要研究了挠性太阳帆板的闭环驱动控制问题.利用挠性结构的模态恒等式,获得了广义状态空间形式的挠性太阳帆板驱动动力学方程.基于Lyapunov方法,设计了基于输出反馈的PD控制器,并根据广义系统理论讨论了闭环系统的正则性和无脉冲性,以确保控制系统是允许的.数值仿真验证了闭环控制算法的有效性并与开环控制进行了比对.最后进行了总结并提出新的研究问题.

一种高稳定度帆板驱动系统的摩擦参数辨识

为了减少帆板驱动机构(SADA)对太阳帆板的激励作用和降低摩擦的影响,以永磁同步电机作为驱动源,提出了一种基于Lu Gre模型的摩擦参数辨识和补偿方法.为了能够准确的进行摩擦参数的试验辨识,设计了SADA系统摩擦力矩测试平台两者相结合进行了试验辨识,并将试验辨识所得到的摩擦模型参数代入SADA驱动系统模型中.通过仿真和试验表明:试验辨识较准确,且摩擦补偿后的SADA系统消除了正弦跟踪中速度过零时的波形畸变现象,能够有效改善SADA系统的动态性能.

基于复合控制器的卫星帆板驱动机构的控制

由于步进电机驱动作用,太阳帆板在对日定向时卫星姿态稳定度易受影响。为了降低驱动机构对太阳帆板的激励作用,选用了扰动力矩较少的永磁同步电机作为驱动源进行闭环控制。由于太阳帆板的影响,系统带宽能力受限,使传统的PI控制器无法通过加大增益达到增加刚度的目的,从而减弱了对转速波动的抑制能力。为解决此问题,将超前滞后校正网络与模糊控制相结合提出了一种自动切换式模糊与校正网络的复合控制器。仿真结果表明,此复合控制方法能够很好地抑制驱动系统的扰动,提高了系统的速度精度和稳定度,并且响应速度较快,具有较好的动态性能。

帆板驱动微振动对卫星的影响与对策

基于帆板驱动机构精确建模,对帆板及其驱动带来的影响进行分析;在分析帆板驱动特性的基础上,给出了微振动测试数据及其分析结果;并以某卫星为例给出了帆板驱动控制时微振动对姿态的影响,提出了频率约束和振动主动抑制控制相结合的解决措施及验证结果。

帆板驱动时的卫星姿态前馈补偿控制

研究帆板驱动影响下的卫星姿态控制问题.帆板驱动时存在转速波动,从而影响卫星姿态.在已有帆板驱动模型的基础上,分析帆板转速特性,通过对帆板转速的离线拟合和在线估计,结合卫星姿态动力学模型,设计了卫星姿态的一般前馈补偿和自适应前馈补偿控制器.数学仿真结果表明,两种前馈补偿控制均能有效克服由帆板驱动不平稳而造成的对星体干扰,实现卫星姿态高精度控制.

太阳帆板驱动机构用KH-A胶黏剂制备及性能

针对卫星太阳帆板驱动机构对恶劣环境下零件粘接的应用需求,研制开发了一种双组份环氧胶黏剂KH-A。KH-A浇铸体的Tg为143℃,KH-A粘接45#钢时,其25℃时的拉剪强度为23.0 MPa,125℃时达到20.9 MPa。固化样片经1×108radγ-射线(60Co)辐照后,击穿强度由20.1升高到25.2 k V/mm。KH-A浇铸体在真空下的总质量损失(TML)为0.97%,可凝挥发物含量(CVCM)为0.01%。KH-A各项性能指标均满足产品设计要求。

交叉重组方法在帆板驱动线路中的应用研究

帆板驱动线路(SADE:Solar Array Drive Electronics)和电机绕组的连接通常是固定的,即驱动线路的主备份分别连接电机绕组的主备份。原理上看,主备份线路是相互独立的,但考虑主备份电机绕组是并绕模式,工作的电机绕组会通过电磁耦合施加电应力到非工作线路,从而对非通电器件产生应力冲击,影响整机性能。本文通过在驱动线路和绕组间引入交叉重组设计,解决了主备份驱动线路之间的耦合影响,大大提高了可靠性。

一种新型双轴太阳帆板驱动线路盒设计

针对双轴太阳帆板驱动装置2个电机的控制要求,提出一种新型双轴帆板驱动线路盒(BSADE,biaxial solar array drive electronics)设计.该线路盒基于现有帆板驱动线路设计,通过在电机驱动线路中设计一种电流方向转换延时线路,解决了电流方向转换瞬间功率管容易对穿的问题,确保了驱动线路工作的安全性,使得原先大功率管才能实现的线路选用小功率管实现,达到了小型化目标.通过对电机驱动线路和负载绕组进行交叉重组设计,解决了主备份线路间磁耦合问题,实现了严格冷备份目标,大大提高了可靠性.

模糊PID控制在太阳帆板驱动机构系统中的应用

太阳帆板驱动机构轴承跑合是空间轴承应用前必不可少的重要预处理环节。本文提出了模糊PID控制算法,在常规PID调节器的基础上运用模糊推理思想。仿真结果表明,系统具有较好的动静态性能,满足系统的要求。

驱动控制对太阳帆板驱动系统动力学特性的影响

准确预示太阳帆板驱动系统动力学特性是开展扰振机理和振动控制研究的基础。本文推导了考虑驱动控制因素的太阳帆板驱动装置等效力学特性参数表达式,构建了太阳帆板驱动系统动力学特性等效分析模型,并在仿真和试验验证基础上,讨论了驱动速度和控制增益对驱动装置力学特性参数和驱动系统动力学特性的影响规律。结果表明:所构建的等效分析模型能够在不同驱动速度和控制增益情况下准确预示驱动系统动力学特性,分析结果与试验误差小于10%;驱动装置等效阻尼与驱动速度和控制增益无关,但等效刚度随控制增益减小和驱动速度增大而减弱。随着驱动速度提高,驱动控制逐渐成为影响驱动系统动力学特性的重要因素。

太阳帆板驱动机构的现状和近期发展方向

本文简要回顾了北京控制工程研究所过去近二十年太阳帆板驱动机构研制和应用的发展历程。由于太阳帆板驱动机构型号任务的不断增加、技术要求的多样化特别是寿命要求愈来愈长促进了太阳帆板驱动机构技术的发展和提高。研制任务的增多和研制周期的紧迫都对产品的可靠性带来前所未有的压力。从而迫使航天界要找出解决这一矛盾的出路。长期不懈的开展产品的“三化”工作，以模块和产品的形式浓缩固化经过飞行考验的成熟技术；从管理上不断提高研制和运营效率和提高质量强化管理意识是解决问题的根本出路。在这一形势下开展了太阳帆板驱动机构“三化”的综合、分析、规划和实施工作，奠定了太阳帆板驱动机构产品“三化”的基础。最后根据国际发展趋势和国内可以预见到的型号需求，提出了太阳帆板驱动机构近期需要着力开展的工作。

空间站帆板驱动输入成型鲁棒控制

针对空间站大挠性帆板驱动的振动抑制要求,提出了一种输入成型与鲁棒控制相结合的控制策略。为加快鲁棒控制的响应速度,将输入成型器引入闭环,对消主导模态挠性振动极点;针对高阶模态建模不确定性,线性化输入成型并选择合适加权函数将帆板驱动转为标准H∞控制,设计所需控制器。数学仿真验证了该策略可行,表明控制策略加快了鲁棒控制响应,且能有效抑制帆板驱动过程中的挠性振动,对设计参数变化也有较强的鲁棒性。

双轴驱动帆板太阳电池阵受损分析与能源评估

为了应对卫星双轴驱动帆板太阳电池阵老化、受空间微小碎片碰撞等情况造成的能源风险,通过横纵向比较的方法分别将同一卫星双轴驱动帆板太阳电池阵的历史状态、同系列不同卫星太阳电池阵的状态进行对比分析,对太阳电池阵受损进行初步判断。确定异常后,通过分阵联合计算的方法分析太阳电池阵实际输出和理论输出的差别,对受损情况进行具体定位定量,最后对帆板受损卫星的太阳电池阵输出是否满足平台和载荷需求,以及蓄电池组充放电要求进行分析。可以快速、详细进行太阳电池阵受损状态分析和能源评估,是卫星太阳电池阵受损后能源管理的重要依据。