三軸氣浮臺臺體轉動慣量在線識別裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種三軸氣浮臺轉動慣量在線識別裝置，涉及航天領域，根據角動量守恒原理，利用6個質量塊移動裝置分別沿著三坐標軸進行三次等距移動的方法來完成對轉動慣量特性的在線辨識，質量塊移動裝置由螺紋桿1、螺母2、步進電機3、導引軸4、外殼5、針形連接器6、彈簧7、側平衡裝置8、限位開關9等組成的。對三軸氣浮臺實現轉動慣量的在線辨識，可有效的提高衛星的在軌運行時的姿態控制精度，無需增加額外的操作和復雜的測量裝置，原理簡單，方便應用。
【專利說明】
三軸氣浮臺臺體轉動慣量在線識別裝置
[0001]【技術領域】
本發明專利涉及航天領域，尤其涉及三軸氣浮臺。
[0002]【【背景技術】】
在地面上對即將升空的衛星進行氣浮臺仿真是其升空之前的必要過程，氣浮臺的正常模擬運行是衛星升空之后正常運作的前提。為了精確的模擬衛星姿態，要求氣浮臺的轉動慣量與衛星的轉動慣量相同或對應成比例。氣浮臺臺體轉動慣量的測量方法有許多種，如金屬桿扭轉震動法、雙線和三線扭擺法等，但是這些方法無法在線測量氣浮臺臺體的轉動慣量，在氣浮臺模擬衛星姿態改變過程中，轉動慣量會因為動力燃料損耗，平衡系統質量塊移動等緣故產生改變，因此如果能夠對三軸氣浮臺實現轉動慣量的在線辨識可以十分有效的提高衛星的在軌運行時的姿態控制精度。
[0003]【發明專利內容】
為了在線識別三軸氣浮臺臺體的轉動慣量，本發明專利研究了一種三軸氣浮臺的轉動慣量在線識別算法。本發明專利的目的在于有效的提高衛星的在軌運行時的姿態控制精度，確保衛星升空運作時的穩定性。
[0004]本發明專利是以角動量守恒理論為依據，利用六個質量塊移動裝置分別沿著三坐標軸進行三次等距移動的方法來完成對轉動慣量特性的在線辨識，其中每個坐標軸配備兩個質量塊移動裝置。在三軸氣浮臺臺體的上面安裝六個可以分別沿三坐標軸進行自由移動的伺服電機，分別成對安裝在三坐標軸上，而伺服電機的移動方向則分別沿著各自的坐標方向，通過成對的相互等距移動實現質心位置的保持不變，從而以角動量守恒為出發點進行氣浮臺轉動慣量的在線辨識方法的實現。本發明專利的有益效果在于:用該轉動慣量識別方法無需增加額外的操作和復雜的測量裝置，原理簡單，方便應用，能夠實現轉動慣量的在線辨識。
[0005]通過對6個滑塊先進行調平處理，即第一次移動，再進行兩次的等距移動，每次移動后，測量出臺體的姿態旋轉矩陣財P角速度矩陣《，得出下列公式
I=-A 1RDco
式中'I矩陣是對應ith時刻的慣性張量矩陣 D矩陣是對應ith時刻的慣性張量差值的矩陣 R矩陣是對應ith時刻的旋轉矩陣 ω是角速度矢量矩陣
然后根據角動量守恒原理，求出兒M矩陣，再結合已測量的姿態旋轉矩陣財卩角速度矩陣《，得出臺體的轉動慣量矩陣。由于慣性張量矩陣是對稱的，矩陣中的9個元素因對稱的原因，只有6個元素是待定的，所以臺體的慣性張量能夠確定。
[0006]【【附圖說明】】
下面結合附圖和實施方式對本專利進一步說明。
[0007]圖1六個質量塊移動裝置在臺體位置圖圖2質量塊移動裝置側視圖圖3質量塊移動裝置俯視圖
[0007]【【具體實施方式】】
圖1是六個質量塊移動裝置在臺體上相對于三個坐標軸(bi，b2，b3)的安裝位置，及質量塊兩次移動的位置。六個質量塊分別由六個數字代替，箭頭的方向表示對應序號的質量塊的質心變更方向，這樣六個質量塊就可以實現對三軸的轉動慣量進行補償。
[0008]如圖2和圖3所示，這六個質量塊被安裝在氣浮臺臺體上，用來改變慣性張量值。質量塊移動裝置由螺紋桿1、螺母2、步進電機3、導引軸4、外殼5、針形連接器6、彈簧7、側平衡裝置8、限位開關9等組成的。該裝置的步進電機3充當了移動質量塊的角色，導引軸4被固定在質量塊移動裝置上，步進電機3則沿著導引軸進行往復的運動。
[0009]經系統檢測并計算出氣浮臺臺體的角速度和姿態矩陣后，控制步進電機3旋轉帶動螺母2在螺紋桿I上進行位置移動，以此實現臺體轉動慣量測量。由導引軸4作為步進電機3的軸向導向，并配合側平衡裝置8保證步進電機3不發生翻轉。在工作過程中，由彈簧7產生軸向拉力，以此減小螺紋運動副間隙。限位開關9保證步進電機3在運動過程中不會超出極限位置。針形連接器6負責發射檢測信號。
【主權項】
1.提出了一種三軸氣浮臺臺體轉動慣量在線辨識系統，其特征在于根據角動量守恒原理，利用6個質量塊分別沿著三坐標軸進行三次等距移動的方法來完成對臺體轉動慣量特性的在線辨識。2.根據權利要求1所述，其特征是質量塊移動裝置由螺桿、螺母、步進電機、導引軸、針式連接器、彈簧、側平衡裝置、限位開關、外殼組成，其中，步進電機充當了移動質量塊的角色。
【文檔編號】G01M1/10GK105987788SQ201510087640
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月26日
【發明人】李延斌, 王永志, 高有華
【申請人】沈陽工業大學