磁力矩器在磁洁净卫星平台中的应用技术研究

针对磁力矩器给磁洁净卫星平台带来较大磁场干扰的问题,提出磁力矩器在轨磁场干扰的评估和控制方法。按照磁力矩器产生的工作磁场、感应磁场和剩磁场的大小及特性,通过各类测试与分析研究,提出磁场干扰的控制措施,并总结出在磁洁净卫星平台的最优应用方案。结果表明磁力矩器产生的磁场干扰得到了有效控制,为工程使用解决了磁场干扰关键技术问题。

基于反作用飞轮和磁力矩器的小卫星姿态联合控制算法

针对基于反作用飞轮和磁力矩器的姿态控制算法设计问题,在建立执行机构数学模型的基础上,分析了联合控制的必要性,给出了一种具有控制分配环节的反作用飞轮和磁力矩器联合控制方案,在此基础上分别推导了最大磁控力矩和能耗最优等控制力矩分配算法。最后进行了数学仿真。结果表明,该联合控制算法在不降低系统控制精度的前提下,显著降低了反作用飞轮的转速及系统功耗。有利于在方案设计时减轻反作用飞轮的重量,提高整星的功能密度比。本文算法设计简单,计算量较小,可以在轨实现。

2-SGCMGs与磁力矩器的对地姿态混合控制方法

针对故障后仅剩两单框架控制力矩陀螺(SGCMG)可工作的对地定向三轴稳定卫星姿态控制问题进行了研究,提出了2-SGCMGs系统与磁力矩组合的混合控制策略及方法,以克服两SGCMG欠驱动控制的鲁棒性问题。首先,给出2-SGCMGs零动量方式的标称框架角构型选择计算过程。然后,结合标称框架角构型,构造了一种不同于沿传统体轴的新型控制标架,将三维控制力矩指令空间分解为由SGCMG与磁力矩器分别控制执行的两正交子空间,实现对力矩输出特性差异较大的该两类执行机构的控制解耦,进而对不同子空间控制指令给出2-SGCMGs系统框架角速度指令及含磁卸载在内的磁力矩器磁矩指令的求解算法。最后,针对存在外界扰动的卫星对象,由数学仿真验证了所提出策略及方法的有效性,实现了姿态误差小于0.05°且稳定度优于0.0005°/s的控制性能,可满足一般高分辨率对地遥感卫星控制需求。

小卫星磁力矩器与反作用飞轮联合控制算法研究

磁力矩器和反作用飞轮是现代小卫星姿态控制的主要执行机构 .对于具有主动磁控能力的小卫星 ,由于动力学与控制的耦合 ,其动力学系统是一个有约束的非线性系统 .针对小卫星入轨阶段的姿态捕获控制 ,提出了一种使用磁力矩器和反作用飞轮进行联合控制的算法 .仿真表明 ,该算法鲁棒性好 ,设计简单且易于在轨实时计算 ,减少了反作用飞轮的饱和机会 ,与单独使用磁力矩器控制相比 。

一种用磁力矩器控制卫星姿态的新方法

本文研究如何用磁力矩器控制极地轨道上对地指向卫星的姿态。由于地磁场的方向在轨道上周期变化 ,卫星的姿态动力学方程是一个线性周期系统。本文采用块能控标准形和滑动模态的设计思想 ,提出了一种开关控制方法 ,可以保证线性周期系统的稳定性。

基于联合飞轮和磁力矩器的航天器姿态控制算法研究

研究了航天器姿态控制过程中,在姿态捕获阶段单独使用磁力矩器对航天器进行粗定向,在姿态调整阶段联合使用磁力矩器和反作用飞轮对航天器进行控制的问题。建立了反作用飞轮作为执行机构的姿态动力学模型。根据Lyapunov稳定性原理,设计了输入控制器和参数自适应律。将该算法应用于航天器姿态控制过程。仿真结果表明,该算法简单、有效、实用性强。

关于磁强计与磁力矩器分时工作方案的研究

鉴于磁力矩器与磁强计同时工作会对磁强计地磁测量精度产生很大影响,本文提出一个磁强计与磁力矩器分时工作的方案,然后比较了卫星姿控系统采用不分时/分时两种方案的差异,最后研究了不同分时比例对卫星姿态控制的影响。通过仿真发现:当姿控系统采用分时方案时,电能消耗较少,早期阶段的控制精度较高,而后期稳态阶段的控制精度则相对较低;随着磁力矩器占用时间比例的下降,卫星姿态控制精度呈抛物线下降,卫星进入稳态控制阶段的时间也大大延长;分时比例存在一个相当大的范围,当在此范围内变化时,卫星姿态控制精度较高且变化幅值不大。此外,研究结果也反映出PD控制律良好的控制能力和鲁棒性。

立方星带芯磁力矩器多目标优化设计与实现

针对立方星体积与功耗存在限制的情况下,如何得到磁矩大而体积小、重量轻、功耗低的带芯磁力矩器这一问题,采用多目标优化的方法进行磁力矩器的设计。首先,按照圆柱型磁芯上缠绕多层漆包线的结构,分别推导了磁矩、功耗与磁芯尺寸、漆包线直径以及绕线匝数之间的数学模型。其次,根据磁矩与功耗的数学模型,在质量与体积均存在约束的情况下,采用遗传算法对磁力矩器进行多目标优化设计。再次,根据带芯磁力矩器的磁感应强度与磁矩之间的关系,设计了磁矩的测试方法。最终,将所设计的参数进行了具体实现。对磁力矩器的测试结果可以看出,所设计的磁力矩器不仅输出磁矩线性度高、剩磁小,而且满足立方星标准的要求。所设计的磁力矩器在多颗立方星上的成功应用表明了该设计方案的有效性。

磁力矩器在高低温变化环境下工作磁矩实时测试方法

采用赤道作图法等常规磁矩测试方法无法实现磁力矩器在热真空、热循环等空间环境模拟试验过程中的磁矩监测。针对这种情况,文章提出了一种通过磁通反演磁矩的测试方法。该方法通过建立磁力矩器的磁矩与通过测试线圈的磁通之间的对应关系数据库,进而根据测得的测试线圈内的磁通值来间接地得到磁力矩器的磁矩值,从而实现了磁力矩器在高低温变化环境下的磁矩实时测试。

磁力矩器对星外等离子体分布影响分析

文章通过计算某型号磁力矩器工作时产生的磁场,分析了等离子体在磁力矩器磁场中的运动状态,计算了电子在磁力矩器周围的密度分布。结果显示:在磁力矩器工作时,周围电子密度将增大,最大可为正常密度的10倍。密度增大的区域尺寸在轴向上略大于磁力矩器的长度,越靠近磁力矩器的两端电子密度越小,形成一个"凹陷";径向上主要在半径小于4m的范围内。在此区域应避免摆放对带电粒子敏感的部组件。

一种使用磁力矩器管理双自旋航天器角动量的方法

针对一种新型采用双自旋设计进行对地遥感任务的航天器,提出了一种使用磁力矩器对旋转载荷角动量进行管理的方法。使用旋转载荷固连正交安装的三只磁力矩器,在旋转过程中连续输出周期性变化的磁矩,使自转一周过程中产生的合角动量方向仅沿自转轴方向,避免在其他两轴方向产生角动量累积。该方法在工程上可行性好,仿真结果表明旋转载荷角动量持续保持在期望值附近,不随时间累加。

航天器磁力矩器在低轨道等离子体环境中的效应

文章介绍了航天器磁力矩器在低轨道等离子体环境中的一些效应。以某型号卫星为例,计算了某型号磁力矩器产生的磁场,分析了等离子体在磁力矩器产生的磁场中的运动状态。经过建模计算,磁力矩器周围等离子体中的电子将在磁力矩器两端往复运动,而距离磁力矩器较远的电子将聚集在磁力矩器的两端附近。

基于磁力矩器的GEO卫星角动量卸载方法

针对GEO卫星的角动量卸载,提出了利用磁力矩器进行卸载的方法.对静止轨道上地球磁场强度进行了分析,对于中国上空的静止轨道区域,静止轨道的磁场主要在卫星Y方向即南北方向,其次在X方向.对开关式磁力矩器的卸载方案进行了研究,列出了卸载需要满足的方程,对方程的解进行了讨论.最后,提出了磁卸载的四个工作模式并进行了仿真,证明该卸载方法具有良好的适用性.

磁力矩器的刚度控制技术及应用

使用磁力矩器控制俯仰轴带有偏置动量的卫星的姿态时,沿地磁场方向的控制力矩无法保证.刚度控制策略利用磁力矩器产生控制力矩,加速动量矩矢量绕轨道法线方向的旋转速度,使进动控制方向更快的与地磁场方向分离,进入进动控制的有利位置.针对运行在太阳同步轨道的偏置动量卫星,推导了加入刚度控制项后,其俯仰轴磁矩的表达式.利用蚁群算法ACA(Ant Colony Algorithm)对磁力矩器控制策略中进动反馈系数,章动反馈系数,刚度反馈系数3个反馈系数及相关的3个系数进行了寻优,利用优化的结果进行仿真实验.通过比较刚度控制策略和经典控制策略的仿真试验结果,证明在长期外部干扰力矩下,采用刚度控制可以改善进动控制效率,提高姿态控制精度.

基于立方星的高性能空芯磁力矩器设计

针对立方星体积与功耗存在限制的情况下,如何得到磁矩大而体积小、重量轻、功耗低的空芯磁力矩器的问题,采用多目标优化的方法进行磁力矩器设计。按照正方型支座上缠绕多层漆包线的结构,分别推导了磁矩、功耗、质量与支座尺寸、漆包线直径以及绕线匝数之间的数学模型。根据磁矩与功耗的数学模型,在质量与体积均存在约束的情况下,采用遗传算法对磁力矩器进行多目标优化设计。根据磁感应强度与磁矩之间的关系,设计了磁矩的测试方法。最终,将所设计的参数进行了具体实现。对磁力矩器的测试结果可以看出,所设计的磁力矩器不仅输出磁矩线性度高、剩磁小,而且满足立方星标准的要求。所设计的磁力矩器在多颗立方星上的成功应用表明了该设计方案的可靠性。

航天器磁力矩器在高低温环境下工作性能变化

文章通过热梯度试验、冷热循环试验和老炼试验模拟航天器磁力矩器所经历的空间温度环境,并采用磁力矩器工作性能监测系统实时测量磁力矩器的工作磁矩和绕线电阻。通过对测试结果的分析发现,不同的温度环境、冷热循环时间和循环次数均会对磁力矩器的工作性能产生影响;且磁力矩器采用的磁心棒材料不同,空间温度环境对磁力矩器工作性能的影响不同。

基于A3PE3000L的磁力矩器控制系统设计

针对空间环境辐射源带来高能带电粒子会使卫星长开机部件控制器出现单粒子现象,工作异常,应用于某型号低轨卫星的磁力矩器控制系统,采用ACTEL公司的Flash型FPGAA3PE3000L作为控制器,具有对单粒子事件免疫、低功耗、低成本等优点。文中介绍了该控制系统组成,包括A3PE3000L的主要资源、A3PE3000L与中心计算机通过RS422总线的通信电路、驱动电路等,并经过了实验验证。目前,该方案已应用于某航天任务,实践证明,本系统性能良好,并且在轨实验状态稳定,具有很高的可靠性。

磁力矩器的反馈控制电路设计与仿真

磁力矩器是近地小卫星姿态控制的主要执行部件之一,由磁棒和驱动控制电路两部分组成。但是常见的驱动控制电路都存在抗干扰性差、输出磁矩线性度差、响应时间长以及剩磁难以消除等缺点。为此在反馈控制的理论的基础上提出了一种带反馈的电流幅度控制电路,通过分析电路各部分的功能,在建立电路的数学模型基础上,利用S imu link对电路进行仿真。仿真结果表明该电路具有控制算法简单、输出磁矩线性度好、剩磁易于消除等优点。

磁力矩器强度计算分析及尺寸优化设计

磁力矩器是卫星的重要执行机构。为了保障其使用的可靠性,文章运用有限元分析的方法,计算磁力矩器的力学特性,同时采用材料力学和有限元计算的方法,对其进行优化设计,降低最大应力。计算结果表明:不均匀的温度场导致较大热应力。磁力矩器的危险部位主要集中在支架底座与螺栓接触面处,通过尺寸优化设计可以减小此处的应力。

卫星磁力矩器磁场效应仿真分析

磁力矩器是卫星上磁性较大的部件之一,局部的强磁场是影响卫星周围带电粒子分布的主要原因。为了定量分析磁力矩器与等离子体相互作用,文章基于磁场与运动粒子的耦合模型,利用有限元数值分析软件仿真了典型轨道航天器上磁力矩器工作时周围带电粒子入射轨迹变化及电荷(粒子数)分布。结果表明,受磁场作用,带电粒子在接近磁力矩器本体时会发生偏转,且偏转幅度随电子能量降低而增大;由磁场引起的这种偏转效应导致带电粒子不均匀入射到卫星内。