一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113247318A(43)申请公布日2021.08.13(21)申请号202110721577.1(22)申请日2021.06.28(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人路勇刘晓光(74)专利代理机构哈尔滨华夏松花江知识产权代理有限公司23213代理人杨晓辉(51)Int.Cl.B64G7/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统及方法(57)摘要一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统及方法，解决了现有非合作目标模型在喷气姿控的过程中质心位置会发生改变及需要频繁的卸载控制力矩陀螺的角动量的问题，属于航天器姿态地面模拟控制领域。本发明包括：旋转磁场源固定在控制末端上，位于翻滚非合作目标的上方；翻滚非合作目标的表面采用蜂窝铝板外壳；旋转磁场源能在翻滚非合作目标的蜂窝铝板外壳上感生电磁力矩；转磁场源与翻滚非合作目标表面的倾斜角β在范围10‑20°内控制系统根据η控制末端转速ωs的值：当|η|＜45°，ωs＝A，当|η|≥45°，ωs＝0；η表示矢量Ht×ωs×Ht与Ht×n×Ht之间的夹角，Ht表示翻滚非合作目标的自旋轴矢量，n表示翻滚非合作目标的角动量矢量。CN113247318ACN113247318A权利要求书1/2页1.一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统，其特征在于，所述系统包括控制末端、旋转磁场源(3)、翻滚非合作目标(4)和控制系统；旋转磁场源(3)固定在控制末端上，旋转磁场源(3)位于翻滚非合作目标(4)的上方；翻滚非合作目标(4)的表面采用蜂窝铝板外壳(41)；旋转磁场源(3)能在翻滚非合作目标(4)的蜂窝铝板外壳(41)上感生电磁力矩；控制系统，用于根据η控制末端转速ωs，实现翻滚非合作目标(4)翻滚运动的起旋模拟，控制时，η与控制末端转速ωs的值的关系为：其中，η表示矢量Ht×ωs×Ht与Ht×n×Ht之间的夹角，Ht表示翻滚非合作目标(4)的自旋轴矢量，n表示翻滚非合作目标(4)的角动量矢量；所述控制系统，还用于控制旋转磁场源(3)与翻滚非合作目标(4)表面的倾斜角β在范围10‑20°内。2.根据权利要求1所述的一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统，其特征在于，所述旋转磁场源(3)由8块立方体永磁体组合而成，永磁体排布方向呈轴向Halbach式阵列排布。3.根据权利要求2所述的一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统，其特征在于，单个永磁体边长为40mm。4.根据权利要求1所述的一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统，其特征在于，所述翻滚非合作目标(4)包括蜂窝铝板外壳(41)、Z向调平机构(42)、气浮球轴承(43)、X、Y向调平机构(44)、控制电路(47)、陀螺仪(48)、第一支撑架(50)和第二支撑架(49)；Z向调平机构(42)、气浮球轴承(43)、X、Y向调平机构(44)、控制电路(47)和第一支撑架(50)设置在蜂窝铝板外壳(41)内部，且Z向调平机构(42)、X、Y向调平机构(44)和控制电路(47)和第一支撑架(50)分布固定在蜂窝铝板外壳(41)上，Z向调平机构(42)、X、Y向调平机构(44)各配置有配重块，气浮球轴承(43)的浮动端与第一支撑架固定连接，陀螺仪(48)和第二支撑架(49)设置在蜂窝铝板外壳(41)外部，第二支撑架(49)与蜂窝铝板外壳(41)固定连接，陀螺仪(48)设置在第二支撑架(49)上；所述陀螺仪(48)，与控制电路(47)连接，用于检测翻滚非合作目标(4)的姿态，并发送给控制电路；控制电路，用于实时获取翻滚非合作目标(4)的姿态与水平状态的偏差，根据该偏差计算Z向调平机构(42)、X、Y向调平机构(44)上配重块的位移量，并控制Z向调平机构(42)、X、Y向调平机构(44)安装所述位移量移动相应配重块，对翻滚非合作目标(4)的质心进行调整，直至陀螺仪(48)检测的偏差为0。5.根据权利要求4所述的一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统，其特征在于，所述系统还包括无线传输模块(46)，控制电路(47)将翻滚非合作目标(4)的姿态通过无线传输模块(46)传输至控制系统。6.根据权利要求4所述的一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统，其特征在于，蜂窝铝板外壳(41)包括按顺序叠放的上铝板、蜂窝夹芯层和下铝板，上铝板、下铝板的厚度均为0.5mm，蜂窝夹芯层厚度为25mm。7.根据权利要求4所述的一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统，其特征在于，陀螺仪2CN113247318A权利要求书2/2页(48)安装位置距离蜂窝铝板外壳(41)底部1m。8.根据权利要求1所述的一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统，