一种卫星在轨微振动智能抑制系统的制作方法

1.本发明属于航天器系统技术领域，具体涉及遥感卫星振动抑制技术领域。


背景技术：

2.遥感卫星在轨工作时，受到星载动量轮、控制力矩陀螺、太阳帆板驱动组件、天线转台等旋转机构的作用，这类设备工作时产生小幅值、宽频率的扰振，对卫星在轨“超温超静”环境产生破坏，进而导致相机光轴抖动，引起卫星成像质量下降。
3.遥感卫星普遍采用隔振器，诸如硅橡胶隔振器、钢丝绳隔振器、钢丝弹簧隔振器等对微振动进行抑制，这是一种无源的抑制方案，不需要提供额外的电能和控制信号。优点是结构简单、可靠性高，缺点是隔振效率低，只能针对一种或几种激振力工况进行设计，通常只有一个固定的隔振频率(针对二阶系统)，阻尼比为固定值，没有针对性，性能不佳。
4.另一种常见的抑制方法是为卫星安装不同驱动方式的主动隔振装置及其控制回路。驱动机构比如stewart机构、电磁机构等。主动隔振装置的执行过程是已知六个伸缩杆的长度和位置求解平台姿态的过程，求解过程复杂，容易出现奇异解。另外，随着驱动过程的不断执行，系统累计误差会增大，系统的计算精度会存在降低的风险。
5.针对上述缺陷，申请日为2月8日的中国发明专利申请《一种变参数卫星隔振器及隔振方法》(申请号为202310080576.2)提出一种变参数卫星隔振器，由填充聚合物与金属结构共固化加工而成。聚合物力学性能对温度极其敏感，不同温度对应不同的弹性模量和阻尼比；隔振器在聚合物附近安装了加热丝，加热丝工作时，隔振器聚合物温度升高；加热丝空闲时，隔振器聚合物温度降低；热敏电阻可采集聚合物表面温度。通过在隔振器聚合物表面安装加热、采温回路，可根据设计参数对隔振器的隔振性能进行控制。但是该中国发明专利申请只是对变参数卫星隔振器的隔振原理及使用方法进行了说明，并没有就如何将变参数卫星隔振器具体实际应用在真实在轨卫星运行环境中提供说明。


技术实现要素：

6.为解决现有的变参数卫星隔振器存在的无法进行实际控制及应用的问题，本发明提供一种卫星在轨微振动智能抑制系统。
7.所述系统包括中心机控制单元、配电热控单元和变参数卫星隔振器。所述中心机控制单元：包括转速采集模块、参数计算模块和温度控制模块。所述转速采集模块，用于采集飞轮组当前转速信息，并将所述转速信息输入所述参数计算模块。所述参数计算模块，用于根据所述转速信息确定变参数卫星隔振器的控制目标温度值，并将所述控制目标温度值输入温度控制模块。所述温度控制模块，用于发送采温指令到所述配电热控单元；还用于根据所述控制目标温度值生成控温指令，并将所述控温指令输入到配电热控单元。所述配电热控单元包括第二配电热控单元；所述第二配电热控单元，用于根据采温指令采集变参数卫星隔振器的当前温度，还用于根据控温指令调整变参数卫星隔振器的温度；所述变参数卫星隔振器：包括填充聚合物、电阻丝和热敏电阻，电阻丝对所述填充聚合物进行加热，热
敏电阻采集所述填充聚合物温度值；所述变参数卫星隔振器工作时，通过改变填充聚合物温度来改变隔振性能。
8.进一步，根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述飞轮组当前转速信息包括飞伦组当前转速值+ω
x r
·
min-1
和飞伦组转速变化值δω
x r
·
min-1
。
9.进一步，所述确定变参数卫星隔振器的控制目标温度值，采用的方法为：参数计算模块根据飞伦组当前转速值、飞伦组转速变化值和计划成像时间δt计算飞轮组在卫星成像时的转速值(ω
x+
δω
x
·
δt)r
·
min-1
，根据飞轮组在卫星成像时的转速值查飞轮组转速-频率-扰振幅值数据表和聚合物温度-阻尼比-弹性模量数据表，确定变参数卫星隔振器控制目标温度值ti，使得f(ωi，f)
·
*tr≤f0(ωi，f)，其中，f(ωi，f)为ωi转速下的扰振幅值，tr为变参数卫星隔振器传递效率，f0(ωi，f)为ωi转速下的扰振幅值限度值。
10.进一步，获取所述飞轮组转速-频率-扰振幅值数据表，采用的方法为：
11.进行地面试验，通过测力台测量得到飞伦组转速ω与飞伦组频率f以及飞伦组扰振幅值f的关系数据f(ω,f)，制成飞轮组转速-频率-扰振幅值数据表，并将所述数据表写入参数计算模块。
12.进一步，获取所述聚合物温度-阻尼比-弹性模量数据表，采用的方法为：
13.进行地面试验，通过材料动态热机械分析测试得到变参数卫星隔振器中聚合物温度t与聚合物阻尼比ζ和聚合物弹性模量e之间的关系数据t(e,ζ)，制成聚合物温度-阻尼比-弹性模量数据表，并将所述数据表写入参数计算模块。
14.进一步，其中，λ表示频率比，λ＝f/fn，fn为变参数卫星隔振器固有频率。
15.进一步，所述根据采温指令采集变参数卫星隔振器的当前温度，采用的方法为：
16.根据所述采温指令对所述变参数卫星隔振器中的热敏电阻进行供电，热敏电阻采集变参数卫星隔振器的温度。
17.进一步，所述根据控温指令调整变参数卫星隔振器的温度，采用的方法为：
18.根据所述控温指令对所述变参数卫星隔振器中的电阻丝进行供电，电阻丝对填充聚合物进行加热。
19.进一步，所述配电热控单元还包括第一配电热控单元，所述第一配电热控单元对卫星的飞轮组进行供电。
20.本发明所述系统的有益效果为：
21.(1)为变参数卫星隔振器在真实的遥感卫星在轨空间中进行隔振作业提供完整的控制系统，包括中心机控制单元和配电热控单元，其中，中心机控制单元对隔振器所需温度进行计算，配电热控单元对隔振器进行温度控制，将对变参数卫星隔振器的参数计算和参数控制分开执行，系统中各个单元分工明确，当出现故障时，检修操作也更加方便。采用将不同功能与不同单元对应，各单元分工合作的方式，使得对变参数卫星隔振器的控制精度和控制效率得到提高。
22.(2)在中心机控制单元和配电热控单元中设置了反馈机制，具体表现为：第二配电热控单元根据控制目标温度值将电压输出给变参数卫星隔振器的电阻丝，电阻丝温度升高，对填充聚合物进行加热，以达到目标温度，电阻丝结构简单，加热效率高，节省资源；同
时第二配电热控单元通过热敏电阻对变参数卫星隔振器实时采温，并将温度反馈至温度控制模块，由温度控制模块决定是否继续对电阻丝进行供电，保证在规定时间后，变参数卫星隔振器达到要求温度且不超过要求温度。本发明所述系统所进行的控制，全部由系统自动进行，使用简便。
23.本发明所述系统可以应用在遥感卫星装配制造领域、遥感卫星振动抑制领域以及遥感卫星成像系统设计领域。
附图说明
24.图1为遥感卫星在轨微振动智能抑制系统示意图；
25.图2为遥感卫星在轨微振动智能抑制系统各部分安装示意图。
具体实施方式
26.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
27.实施例1.
28.如图1所示为本实施例提供的卫星在轨微振动智能抑制系统示意图，所述系统包括变参数卫星隔振器、中心机控制单元和配电热控单元。
29.所述变参数卫星隔振器采用申请日为2月8日的中国发明专利申请《一种变参数卫星隔振器及隔振方法》(申请号为202310080576.2)提出一种变参数卫星隔振器。
30.所述中心机控制单元：包括转速采集模块、参数计算模块和温度控制模块；所述转速采集模块采集飞轮组当前转速信息并输入所述参数计算模块，所述参数计算模块根据所述转速信息确定变参数卫星隔振器的控制目标温度值，将所述控制目标温度值写入温度控制模块内，所述温度控制模块发送控温指令到所述配电热控单元，由所述配电热控单元对变参数卫星隔振器进行温度控制，所述温度控制模块发送采温指令到所述配电热控单元，由所述配电热控单元对变参数卫星隔振器进行温度采集，并将采集的温度值输入温度控制模块。
31.所述中心机控制单元还可以根据具体需要添加其他类型的模块，例如如图1所示，还添加了转速控制模块，通过接收姿控指令来对飞伦组的转速进行控制。
32.所述变参数卫星隔振器：包括填充聚合物、电阻丝和热敏电阻，电阻丝对所述聚合物材料进行加热，热敏电阻采集所述填充聚合物温度值；所述变参数卫星隔振器工作时，通过改变填充聚合物温度来改变隔振性能。
33.所述配电热控单元：包括第一配电热控单元和第二配电热控单元；所述第一配电热控单元对卫星的飞轮组进行供电，所述第二配电热控单元接收所述温度控制模块的控温指令，根据所述控温指令对所述变参数卫星隔振器中的电阻丝进行供电，电阻丝对变参数卫星隔振器进行加热操作，所述第二配电热控单元接收所述温度控制模块的采温指令，根据所述采温指令对所述变参数卫星隔振器中的热敏电阻进行供电，热敏电阻采集变参数卫星隔振器的温度。
34.实施例2.
35.本实施例是对实施例1的进一步限定，所述转速采集模块采集的飞轮组当前转速信息包括飞伦组当前转速值+ω
x r
·
min-1
和飞伦组转速变化值δω
x r
·
min-1
。其中，飞伦组加速时，飞伦组转速变化值δω
x r
·
min-1
取正值，飞轮组减速时飞伦组转速变化值δω
x r
·
min-1
取负值。
36.实施例3.
37.本实施例是对实施例2的进一步限定，所述参数计算模块根据飞伦组当前转速值、飞伦组转速变化值和计划成像时间δt计算飞轮组在卫星成像时的转速值(ω
x+
δω
x
·
δt)r
·
min-1
，比如飞轮x当前转速为ω
x r
·
min-1
，正以δω
x r
·
min-1
的速度减小；那么δt时间后，飞轮转速变为(ω
x-δω
x
·
δt)r
·
min-1
，并在成像时间内保持转速微小变化，认为此过程中飞轮转速保持不变。
38.根据飞轮组在卫星成像时的转速值查飞轮组转速-频率-扰振幅值数据表和聚合物温度-阻尼比-弹性模量数据表，确定变参数卫星隔振器控制目标温度值ti，使得f(ωi，f)
·
*tr≤f0(ωi，f)，其中，f(ωi，f)为ωi转速下的扰振幅值，tr为变参数卫星隔振器传递效率，f0(ωi，f)为ωi转速下的扰振幅值限度值。
39.实施例4.
40.本实施例是对实施例3的进一步限定，所述飞轮组转速-频率-扰振幅值数据表在地面试验阶段获得，所述飞轮组转速-频率-幅值数据表的获得方式为：进行地面试验，通过测力台测量得到飞伦组转速ω与飞伦组频率f以及飞伦组扰振幅值f的关系数据f(ω,f)，制成飞轮组转速-频率-幅值数据表，并将所述数据表写入参数计算模块。
41.实施例5.
42.本实施例是对实施例3的进一步限定，所述聚合物温度-阻尼比-弹性模量数据表在地面试验阶段获得，所述聚合物温度-阻尼比-弹性模量数据表的获得方式为：进行地面试验，通过材料动态热机械分析测试得到变参数卫星隔振器中聚合物温度t与聚合物阻尼比ζ和聚合物弹性模量e之间的关系数据t(e,ζ)，制成聚合物温度-阻尼比-弹性模量数据表，并将所述数据表写入参数计算模块。
43.实施例6.
44.本实施例是对实施例3的进一步限定，其中，λ表示频率比，λ＝f/fn，fn为变参数卫星隔振器固有频率，查找聚合物温度-阻尼比-弹性模量数据表，确定聚合物阻尼比ζ，使得f(ωi，f)
·
*tr≤f0(ωi，f)，从而确定对聚合物的控制目标温度值ti。
45.实施例7.
46.本实施例是对实施例3的进一步限定，所述第二配电热控单元根据控制目标温度值ti将电压输出给变参数卫星隔振器的电阻丝，电阻丝温度升高，对聚合物进行加热，以达到目标温度；同时第二配电热控单元通过热敏电阻对变参数卫星隔振器实时采温，并将温度反馈至温度控制模块，由温度控制模块决定是否继续对电阻丝进行供电，保证在δt时间后，变参数卫星隔振器达到要求温度。
47.实施例8.
48.本实施例是对实施例1的进一步限定，如图2所示为遥感卫星在轨微振动智能抑制
系统各部分安装示意图，用于卫星成像的光学系统1安装在卫星平台3上，中心机控制单元4安装在在卫星平台3上，配电热控单元2安装在卫星平台3上，所述变参数卫星隔振器6安装在卫星平台3与反作用飞轮5之间，通常情况下反作用飞轮为变参数卫星隔振器提供4个直径为20mm～50mm、高度为5mm～10mm的法兰孔，变参数卫星隔振器一端与卫星平台3连接，另一端通过法兰孔与反作用飞轮端盖和螺钉连接，安装时，首先将光学系统1与卫星平台3连接、固定，随后将中心机控制单元4和配电热控单元2安装在卫星平台3上，最后安装变参数卫星隔振器6和反作用飞轮，所有机械连接均采用钛合金螺钉安装，安装时使用航天标准力矩。

技术特征：
1.一种卫星在轨微振动智能抑制系统，其特征在于，所述系统包括中心机控制单元、配电热控单元和变参数卫星隔振器；所述中心机控制单元：包括转速采集模块、参数计算模块和温度控制模块；所述转速采集模块，用于采集飞轮组当前转速信息，并将所述转速信息输入所述参数计算模块；所述参数计算模块，用于根据所述转速信息确定变参数卫星隔振器的控制目标温度值，并将所述控制目标温度值输入温度控制模块；所述温度控制模块，用于发送采温指令到所述配电热控单元；还用于根据所述控制目标温度值生成控温指令，并将所述控温指令输入到配电热控单元；所述配电热控单元包括第二配电热控单元；所述第二配电热控单元，用于根据采温指令采集变参数卫星隔振器的当前温度，还用于根据控温指令调整变参数卫星隔振器的温度；所述变参数卫星隔振器：包括填充聚合物、电阻丝和热敏电阻，电阻丝对所述填充聚合物进行加热，热敏电阻采集所述填充聚合物温度值；所述变参数卫星隔振器工作时，通过改变填充聚合物温度来改变隔振性能。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述飞轮组当前转速信息包括飞伦组当前转速值+ω
x r
·
min-1
和飞伦组转速变化值δω
x r
·
min-1
。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述确定变参数卫星隔振器的控制目标温度值，采用的方法为：参数计算模块根据飞伦组当前转速值、飞伦组转速变化值和计划成像时间δt计算飞轮组在卫星成像时的转速值(ω
x+
δω
x
·
δt)r
·
min-1
，根据飞轮组在卫星成像时的转速值查飞轮组转速-频率-幅值数据表和聚合物温度-阻尼比-弹性模量数据表，确定变参数卫星隔振器控制目标温度值t
i
，使得f(ω
i
，f)
·
*t
r
≤f0(ω
i
，f)，其中，f(ω
i
，f)为ω
i
转速下的幅值，t
r
为变参数卫星隔振器传递效率，f0(ω
i
，f)为ω
i
转速下的幅值限度值。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，获取所述飞轮组转速-频率-幅值数据表，采用的方法为：进行地面试验，通过测力台测量得到飞伦组转速ω与飞伦组频率f以及飞伦组扰振幅值f的关系数据f(ω,f)，制成飞轮组转速-频率-幅值数据表，并将所述数据表写入参数计算模块。5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，获取所述聚合物温度-阻尼比-弹性模量数据表，采用的方法为：进行地面试验，通过材料动态热机械分析测试得到变参数卫星隔振器中聚合物温度t与聚合物阻尼比ζ和聚合物弹性模量e之间的关系数据t(e,ζ)，制成聚合物温度-阻尼比-弹性模量数据表，并将所述数据表写入参数计算模块。6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，其中，λ表示频率比，λ＝f/f
n
，f
n
为变参数卫星隔振器固有频率。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述根据采温指令采集变参数卫星隔振器的当前温度，采用的方法为：
根据所述采温指令对所述变参数卫星隔振器中的热敏电阻进行供电，热敏电阻采集变参数卫星隔振器的温度。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述根据控温指令调整变参数卫星隔振器的温度，采用的方法为：根据所述控温指令对所述变参数卫星隔振器中的电阻丝进行供电，电阻丝对填充聚合物进行加热。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述配电热控单元还包括第一配电热控单元，所述第一配电热控单元对卫星的飞轮组进行供电。

技术总结
卫星在轨微振动智能抑制系统。属于航天器系统技术领域，具体涉及遥感卫星振动抑制技术领域。其解决了解决现有的变参数卫星隔振器存在的无法进行实际控制及应用的问题。所述系统包括变参数卫星隔振器、中心机控制单元和配电热控单元；所述中心机控制单元：包括转速采集模块、参数计算模块和温度控制模块；所述配电热控单元：包括第一配电热控单元和第二配电热控单元；所述第二配电热控单元接收所述温度控制模块的控温指令，根据所述控温指令对所述变参数卫星隔振器中的电阻丝进行供电。本发明所述系统可以应用在遥感卫星装配制造领域、遥感卫星振动抑制领域以及遥感卫星成像系统设计领域。领域。领域。


技术研发人员：段胜文 陈善搏 任姗姗 张冰 张雷 贾宏光 高畅
受保护的技术使用者：长光卫星技术股份有限公司
技术研发日：2023.03.07
技术公布日：2023/5/17