一种控制力矩陀螺.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CN109597438A(43)申请公布日2019.04.09(21)申请号201811454955.9(22)申请日2018.11.30(71)申请人上海航天控制技术研究所地址200233上海市徐汇区宜山路710号(72)发明人张广林魏新生申友涛孙丹峰包旭光(74)专利代理机构上海元好知识产权代理有限公司31323代理人刘琰徐雯琼(51)Int.Cl.G05D17/02(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种控制力矩陀螺(57)摘要本发明公开了一种控制力矩陀螺，包含：动量轮，外框架系统、力矩电机以及光电编码器，所述动量轮用于提供恒定的角动量。所述外框架系统用于支撑所述动量轮，并提供与卫星安装的固定接口，力矩电机用于驱动所述外框架系统的大力矩输出和低速平稳转动。所述光电编码器用于测量所述外框架系统的外框角度的绝对位置。在控制力矩陀螺机动情况下产生整星快速机动所需的高精度力矩，并通过角动量方向的精确控制实现与整星的高精度角动量交换。本发明的控制力矩陀螺采用绝对式光电编码器实现高精度的外框控制，提高了对所述控制力矩陀螺高力矩的控制精度，满足了敏捷卫星的高指向精度的需求。CN109597438ACN109597438A权利要求书1/2页1.一种控制力矩陀螺，其特征在于，包含：动量轮，外框架系统、力矩电机以及光电编码器，所述外框架系统包括外框、分别固定在所述外框两侧的驱动端支撑框架和传感端支撑框架、精密轴承、驱动端主轴以及传感端主轴；所述驱动端主轴通过所述精密轴承安装在所述驱动端支撑框架上；所述传感端主轴通过所述精密轴承安装在所述传感端支撑框架上；所述驱动端支撑框架和传感端支撑框架分别与卫星固定连接，用于将所述控制力矩陀螺固定在所述卫星上；所述动量轮位于所述外框中心处，所述动量轮的一端与所述驱动端轴固定连接，所述动量轮的另一端与所述传感端轴固定连接，所述动量轮用于产生恒定不变的角动量H并随所述外框旋转；所述力矩电机位于驱动端支撑框架内部，为所述外框架系统提供驱动力；所述光电编码器安装于所述传感端主轴上，作为所述外框的测角传感器，采集所述外框的绝对位置测量信息，与所述力矩电机形成闭环控制，迫使角动量矢量方向指向角速度ω变化，产生输出力矩T＝H×ω，并通过所述驱动端支撑框架和传感端支撑框架刚性传递给所述卫星，实现对所述卫星进行敏捷机动和指向控制。2.如权利要求1所述的控制力矩陀螺，其特征在于，所述力矩电机包括：力矩电机转子和力矩电机定子；所述力矩电机转子与所述驱动端主轴连接，所述力矩电机定子套置在所述力矩电机转子外侧，且所述力矩电机定子与所述驱动端支撑框架固定连接；所述力矩电机转子和力矩电机定子为所述外框的旋转提供平稳力矩。3.如权利要求1所述的控制力矩陀螺，其特征在于，所述动量轮包括：上壳体、轮体、电机转子、轴承组件、下壳体以及电机定子；所述轮体、电机转子、电机定子与轴承组件同轴设置，所述轴承组件用于支撑轮体、电机转子和电机定子；所述轮体和电机转子与所述轴承组件固定连接；所述电极转子上设有定子容置槽，所述电极定子的一端位于所述定子容置槽内部，其另一端与所述下壳体固定连接；所述轮体通过电机定子和电机转子的相互作用高速旋转，产生所述恒定的角动量H；所述轴承组件的两端分别与所述上壳体和下壳体固定连接；所述上壳体与下壳体焊接密封，使得所述轮体、电机转子、电机定子与轴承组件处于真空运行环境中。4.如权利要求3所述的控制力矩陀螺，其特征在于，所述轴承组件包括：外圈旋转部和内圈轴承部以及分别与所述上壳体连接的固定部和所述下壳体连接的固定法兰；所述上壳体与所述轴承组件的固定部通过螺纹固定；所述下壳体与所述轴承组件的固定法兰通过螺钉固定；所述轮体和电机转子与所述轴承组件的外圈旋转部固定连接。5.如权利要求4所述的控制力矩陀螺，其特征在于，所述下壳体径向两端各有一凸耳，所述凸耳与所述下壳体为一体化结构；2CN109597438A权利要求书2/2页所述凸耳通过螺钉分别与所述驱动端主轴和传感端主轴固定连接。6.如权利要求1所述的控制力矩陀螺，其特征在于，所述光电编码器包括：线路板、动光栅和静光栅；所述动光栅安装于所述静光栅上方，与所述传感端主轴端部连接；所述静光栅与传感端支撑框架连接；所述电路板通过支撑螺柱安装于所述动光栅上方，并与传感端支撑框架连接；所述动光栅位于所述线路板和静光栅之间。7.如权利要求6所述的控制力矩陀螺，其特征在于，所述动光栅采用玻璃材质制成，具有9级粗、精不同交错栅道，其中所述精栅道精度为21位。8.如权利要求7所述的控制力矩陀螺，其特征在于，所述静光栅包括内置光源、基座和玻璃光栅，调整所述基座与所述动光栅的轴向间隙；所述静光栅通过所述