三軸氣浮臺(tái)臺(tái)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在線識(shí)別裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三軸氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在線識(shí)別裝置，涉及航天領(lǐng)域，根據(jù)角動(dòng)量守恒原理，利用6個(gè)質(zhì)量塊移動(dòng)裝置分別沿著三坐標(biāo)軸進(jìn)行三次等距移動(dòng)的方法來(lái)完成對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量特性的在線辨識(shí)，質(zhì)量塊移動(dòng)裝置由螺紋桿1、螺母2、步進(jìn)電機(jī)3、導(dǎo)引軸4、外殼5、針形連接器6、彈簧7、側(cè)平衡裝置8、限位開關(guān)9等組成的。對(duì)三軸氣浮臺(tái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的在線辨識(shí)，可有效的提高衛(wèi)星的在軌運(yùn)行時(shí)的姿態(tài)控制精度，無(wú)需增加額外的操作和復(fù)雜的測(cè)量裝置，原理簡(jiǎn)單，方便應(yīng)用。
【專利說明】
三軸氣浮臺(tái)臺(tái)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在線識(shí)別裝置
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明專利涉及航天領(lǐng)域，尤其涉及三軸氣浮臺(tái)。
[0002]【【背景技術(shù)】】
在地面上對(duì)即將升空的衛(wèi)星進(jìn)行氣浮臺(tái)仿真是其升空之前的必要過程，氣浮臺(tái)的正常模擬運(yùn)行是衛(wèi)星升空之后正常運(yùn)作的前提。為了精確的模擬衛(wèi)星姿態(tài)，要求氣浮臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與衛(wèi)星的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相同或?qū)?yīng)成比例。氣浮臺(tái)臺(tái)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量方法有許多種，如金屬桿扭轉(zhuǎn)震動(dòng)法、雙線和三線扭擺法等，但是這些方法無(wú)法在線測(cè)量氣浮臺(tái)臺(tái)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，在氣浮臺(tái)模擬衛(wèi)星姿態(tài)改變過程中，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量會(huì)因?yàn)閯?dòng)力燃料損耗，平衡系統(tǒng)質(zhì)量塊移動(dòng)等緣故產(chǎn)生改變，因此如果能夠?qū)θS氣浮臺(tái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的在線辨識(shí)可以十分有效的提高衛(wèi)星的在軌運(yùn)行時(shí)的姿態(tài)控制精度。
[0003]【發(fā)明專利內(nèi)容】
為了在線識(shí)別三軸氣浮臺(tái)臺(tái)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，本發(fā)明專利研究了一種三軸氣浮臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在線識(shí)別算法。本發(fā)明專利的目的在于有效的提高衛(wèi)星的在軌運(yùn)行時(shí)的姿態(tài)控制精度，確保衛(wèi)星升空運(yùn)作時(shí)的穩(wěn)定性。
[0004]本發(fā)明專利是以角動(dòng)量守恒理論為依據(jù)，利用六個(gè)質(zhì)量塊移動(dòng)裝置分別沿著三坐標(biāo)軸進(jìn)行三次等距移動(dòng)的方法來(lái)完成對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量特性的在線辨識(shí)，其中每個(gè)坐標(biāo)軸配備兩個(gè)質(zhì)量塊移動(dòng)裝置。在三軸氣浮臺(tái)臺(tái)體的上面安裝六個(gè)可以分別沿三坐標(biāo)軸進(jìn)行自由移動(dòng)的伺服電機(jī)，分別成對(duì)安裝在三坐標(biāo)軸上，而伺服電機(jī)的移動(dòng)方向則分別沿著各自的坐標(biāo)方向，通過成對(duì)的相互等距移動(dòng)實(shí)現(xiàn)質(zhì)心位置的保持不變，從而以角動(dòng)量守恒為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行氣浮臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的在線辨識(shí)方法的實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明專利的有益效果在于:用該轉(zhuǎn)動(dòng)慣量識(shí)別方法無(wú)需增加額外的操作和復(fù)雜的測(cè)量裝置，原理簡(jiǎn)單，方便應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的在線辨識(shí)。
[0005]通過對(duì)6個(gè)滑塊先進(jìn)行調(diào)平處理，即第一次移動(dòng)，再進(jìn)行兩次的等距移動(dòng)，每次移動(dòng)后，測(cè)量出臺(tái)體的姿態(tài)旋轉(zhuǎn)矩陣財(cái)P角速度矩陣《，得出下列公式
I=-A 1RDco
式中'I矩陣是對(duì)應(yīng)ith時(shí)刻的慣性張量矩陣 D矩陣是對(duì)應(yīng)ith時(shí)刻的慣性張量差值的矩陣 R矩陣是對(duì)應(yīng)ith時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)矩陣 ω是角速度矢量矩陣
然后根據(jù)角動(dòng)量守恒原理，求出兒M矩陣，再結(jié)合已測(cè)量的姿態(tài)旋轉(zhuǎn)矩陣財(cái)卩角速度矩陣《，得出臺(tái)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量矩陣。由于慣性張量矩陣是對(duì)稱的，矩陣中的9個(gè)元素因?qū)ΨQ的原因，只有6個(gè)元素是待定的，所以臺(tái)體的慣性張量能夠確定。
[0006]【【附圖說明】】
下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本專利進(jìn)一步說明。
[0007]圖1六個(gè)質(zhì)量塊移動(dòng)裝置在臺(tái)體位置圖圖2質(zhì)量塊移動(dòng)裝置側(cè)視圖圖3質(zhì)量塊移動(dòng)裝置俯視圖
[0007]【【具體實(shí)施方式】】
圖1是六個(gè)質(zhì)量塊移動(dòng)裝置在臺(tái)體上相對(duì)于三個(gè)坐標(biāo)軸(bi，b2，b3)的安裝位置，及質(zhì)量塊兩次移動(dòng)的位置。六個(gè)質(zhì)量塊分別由六個(gè)數(shù)字代替，箭頭的方向表示對(duì)應(yīng)序號(hào)的質(zhì)量塊的質(zhì)心變更方向，這樣六個(gè)質(zhì)量塊就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)三軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行補(bǔ)償。
[0008]如圖2和圖3所示，這六個(gè)質(zhì)量塊被安裝在氣浮臺(tái)臺(tái)體上，用來(lái)改變慣性張量值。質(zhì)量塊移動(dòng)裝置由螺紋桿1、螺母2、步進(jìn)電機(jī)3、導(dǎo)引軸4、外殼5、針形連接器6、彈簧7、側(cè)平衡裝置8、限位開關(guān)9等組成的。該裝置的步進(jìn)電機(jī)3充當(dāng)了移動(dòng)質(zhì)量塊的角色，導(dǎo)引軸4被固定在質(zhì)量塊移動(dòng)裝置上，步進(jìn)電機(jī)3則沿著導(dǎo)引軸進(jìn)行往復(fù)的運(yùn)動(dòng)。
[0009]經(jīng)系統(tǒng)檢測(cè)并計(jì)算出氣浮臺(tái)臺(tái)體的角速度和姿態(tài)矩陣后，控制步進(jìn)電機(jī)3旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)螺母2在螺紋桿I上進(jìn)行位置移動(dòng)，以此實(shí)現(xiàn)臺(tái)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量。由導(dǎo)引軸4作為步進(jìn)電機(jī)3的軸向?qū)?，并配合?cè)平衡裝置8保證步進(jìn)電機(jī)3不發(fā)生翻轉(zhuǎn)。在工作過程中，由彈簧7產(chǎn)生軸向拉力，以此減小螺紋運(yùn)動(dòng)副間隙。限位開關(guān)9保證步進(jìn)電機(jī)3在運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)超出極限位置。針形連接器6負(fù)責(zé)發(fā)射檢測(cè)信號(hào)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.提出了一種三軸氣浮臺(tái)臺(tái)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在線辨識(shí)系統(tǒng)，其特征在于根據(jù)角動(dòng)量守恒原理，利用6個(gè)質(zhì)量塊分別沿著三坐標(biāo)軸進(jìn)行三次等距移動(dòng)的方法來(lái)完成對(duì)臺(tái)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量特性的在線辨識(shí)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征是質(zhì)量塊移動(dòng)裝置由螺桿、螺母、步進(jìn)電機(jī)、導(dǎo)引軸、針式連接器、彈簧、側(cè)平衡裝置、限位開關(guān)、外殼組成，其中，步進(jìn)電機(jī)充當(dāng)了移動(dòng)質(zhì)量塊的角色。
【文檔編號(hào)】G01M1/10GK105987788SQ201510087640
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月26日
【發(fā)明人】李延斌, 王永志, 高有華
【申請(qǐng)人】沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)