一種復雜機動衛星的反作用飛輪動態功耗評估方法技術

一種復雜機動衛星的反作用飛輪動態功耗評估方法，包括如下步驟：提供一星上測試平臺；采用上述平臺獲得電耗實測值；以上述實測值作為基礎，獲得電耗計算公式參數的準確值；在電耗的基礎上獲得熱耗的準確值，并通過動力學仿真獲得飛輪的力矩和輪速作為動態功耗評估的輸入量。本發明專利技術的優點在于，電流控制反作用飛輪電耗、熱耗計算方法的提出，對于使用電流控制反作用飛輪組件作為執行機構的衛星，能準確地預估出飛輪組件在軌期間不同運行狀況下的電耗、熱耗，為整星的電源設計、熱控設計提供重要輸入依據。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及航天
，尤其涉及一種復雜機動衛星的反作用飛輪動態功耗評估方法。
技術介紹
飛輪是衛星姿態控制系統中的慣性執行部件。在衛星姿控系統中，飛輪按照姿控系統指令，提供合適的控制力矩，校正衛星的姿態偏差或完成預定姿態調整。飛輪一般分為反作用飛輪和偏置飛輪，其中反作用飛輪組合使用是長壽命、高精度的零動量三軸控制衛星最廣泛采用的主要執行部件。反作用飛輪最常用的兩種控制方式為電流控制和速度控制。電流控制以飛輪電機的電樞電流作為反饋量，不考慮飛輪動力學部分；速度控制以飛輪輪速為反饋量，反饋回路中包含了飛輪動力學部分。復雜機動衛星是指由于載荷任務的復雜度增加，導致衛星姿態在軌需要頻繁機動。以反作用輪作為主要執行機構的復雜機動衛星，其組合多采取四斜裝或三正一斜安裝方式，隨著衛星任務復雜度的增加，反作用飛輪的電耗、熱耗隨姿態變化引起的變化范圍增大，峰值較高。所以在衛星整體設計過程中，四個乃至更多數量的反作用飛輪組合的電耗、熱耗需求對于整星熱控設計、電源設計和帆板選型設計影響非常大。這就需要動態分析反作用飛輪組合的在軌使用情況，并結合其在不同工況下的電耗和熱耗特性對反作用飛輪組合在軌功耗做出準確評估。飛輪制造商提供的反作用飛輪電耗和熱耗理論計算公式中的參數值有一定允差范圍，所以針對具體某一型號電流控制反作用飛輪，需要提供一種新的方法對飛輪的計算公式進行參數調整。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，提供一種精確的針對復雜機動衛星的反作用飛輪動態功耗評估方法，用于對飛輪的計算公式進行參數調整。為了解決上述問題，本專利技術提供了一種復雜機動衛星的反作用飛輪動態功耗評估方法，包括如下步驟：提供一星上測試平臺，所述測試平臺包括電源、飛輪、和星務計算機，電源負責供電，星務計算機與電源通訊，發送開關機指令并采電源的電壓和負載電流，星務計算機與飛輪通訊，發送飛輪力矩控制指令并采集飛輪工作狀態量，星務計算機接受來自于地面的指令，并發送采集到的數據到地面；采用上述平臺測試靜止通電時的電耗；采用上述平臺通過地面向星務計算機發送不同力矩指令，采集到飛輪的轉速和電機電流，計算不同力矩、轉速下的電耗，同時采集供電電壓和負載電流，獲得電耗實測值；以上述實測值作為基礎，獲得電耗計算公式參數的準確值；在電耗的基礎上獲得熱耗的準確值，并通過動力學仿真獲得飛輪的力矩和輪速作為動態功耗評估的輸入量。可選的，所述電源包括蓄電池組和電源控制器。可選的，所述飛輪工作狀態參量包括飛輪轉速、電機電流、軸承溫度的一種或多種。可選的，所述來自于地面的指令由一設置在地面上的用于衛星的前端監顯機發出。可選的，所述動力學仿真包括如下步驟：將星務計算機發送出的力矩指令轉換為衛星運動的姿態和速度；將衛星中慣性系的姿態和角速度轉換為敏感器本體系下輸出的物理量；利用敏感器輸出定姿，并針對不同的機動任務指向計算出需要施加在星體上的理論力矩；結合執行器特性，將計算出的理論力矩轉換為實際的飛輪力矩和輪速。本專利技術的優點在于，電流控制反作用飛輪電耗、熱耗計算方法的提出，對于使用電流控制反作用飛輪組件作為執行機構的衛星，能準確地預估出飛輪組件在軌期間不同運行狀況下的電耗、熱耗，為整星的電源設計、熱控設計提供重要輸入依據。附圖說明附圖1所示是本專利技術具體實施方式的實施步驟示意圖。附圖2所示是本專利技術具體實施方式所提供的星上測試平臺的結構示意圖。附圖3A至3D所示是本專利技術一實施例的計算結果示意圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術提供的復雜機動衛星的反作用飛輪動態功耗評估方法的具體實施方式做詳細說明。附圖1所示是本具體實施方式的實施步驟示意圖，包括：步驟S10，提供一星上測試平臺；步驟S11，采用上述平臺測試靜止通電時的電耗；步驟S12，采用上述平臺通過地面向星務計算機發送不同力矩指令，采集到飛輪的轉速和電機電流，計算不同力矩、轉速下的電耗，同時采集供電電壓和負載電流，獲得電耗實測值；步驟S13，以上述實測值作為基礎，獲得電耗計算公式參數的準確值；步驟S14，在電耗的基礎上獲得熱耗的準確值，并通過動力學仿真獲得飛輪的力矩和輪速作為動態功耗評估的輸入量。步驟S10，提供一星上測試平臺。參考附圖2所示，所述測試平臺包括電源21、飛輪22、和星務計算機23。電源21負責供電，所述電源21包括蓄電池組211和電源控制器212。星務計算機23與電源21通訊，發送開關機指令并采電源21的電壓和負載電流。星務計算機23與飛輪22通訊，發送飛輪力矩控制指令并采集飛輪22的工作狀態量，所述飛輪工作狀態參量包括飛輪轉速、電機電流、軸承溫度的一種或多種。星務計算機23接受來自于地面的指令，并發送采集到的數據到地面。所述來自于地面的指令由一設置在地面上的用于衛星的前端監顯機24發出。步驟S11，采用上述平臺測試靜止通電時的電耗。所述靜止是指飛輪處在勻速旋轉的穩態。步驟S12，采用上述平臺通過地面向星務計算機發送不同力矩指令，采集到飛輪的轉速和電機電流，計算不同力矩、轉速下的電耗，同時采集供電電壓和負載電流，獲得電耗實測值。所述指令是由前端監顯機24發出的。步驟S13，以上述實測值作為基礎，獲得電耗計算公式參數的準確值。電耗計算公式可以根據飛輪以及衛星系統的實際情況進行推導。本具體實施方式給出一種典型的計算公式，分加速、穩態、減速三種工況提出飛輪電耗、熱耗計算方法：(1)加速電耗PB＝PQ+1/η[IM(UD+sf*ω)+IM2(RA+RON)]加速熱耗PD＝PB-(TM-TL)*ω(2)穩態電耗PB＝PQ+1/η[TL(UD/sf+ω)+(TL/sf)2(RA+RON)]穩態熱耗PD＝PB(3)減速電耗PB＝PQ減速熱耗PD＝PB+(TM+TL)*ω其中PQ為靜態功耗，即飛輪通電不輸出力矩時的靜態電耗；η為飛輪電機轉換效率，sf為電機比例因子，RA為電機電樞電阻，皆為電機參數由飛輪制造商提供；IM為電機電流，與輸入指令力矩大小呈線性關系，作為工作狀態監測量；UD為飛輪控制電路二極管壓降；ω為飛輪轉速大小(rad/s)，與輸出力矩積分呈線性關系，飛輪工作狀態監測量；RON為整流制動裝置里的場晶體管開關的導通電阻，由飛輪制造商提供；TL為摩擦力矩大小，與轉速對應，通過測試標定飛輪不同轉速下的摩擦力矩；TM為輸入指令力矩大小。步驟S14，在電耗的基礎上獲得熱本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種復雜機動衛星的反作用飛輪動態功耗評估方法，其特征在于，包括如下步驟：提供一星上測試平臺，所述測試平臺包括電源、飛輪、和星務計算機，電源負責供電，星務計算機與電源通訊，發送開關機指令并采電源的電壓和負載電流，星務計算機與飛輪通訊，發送飛輪力矩控制指令并采集飛輪工作狀態量，星務計算機接受來自于地面的指令，并發送采集到的數據到地面，采用上述平臺測試靜止通電時的電耗；采用上述平臺通過地面向星務計算機發送不同力矩指令，采集到飛輪的轉速和電機電流，計算不同力矩、轉速下的電耗，同時采集供電電壓和負載電流，獲得電耗實測值；以上述實測值作為基礎，獲得電耗計算公式參數的準確值；在電耗的基礎上獲得熱耗的準確值，并通過動力學仿真獲得飛輪的力矩和輪速作為動態功耗評估的輸入量。

【技術特征摘要】
1.一種復雜機動衛星的反作用飛輪動態功耗評估方法，其特征在于，包括如
下步驟：
提供一星上測試平臺，所述測試平臺包括電源、飛輪、和星務計算機，電
源負責供電，星務計算機與電源通訊，發送開關機指令并采電源的電壓和
負載電流，星務計算機與飛輪通訊，發送飛輪力矩控制指令并采集飛輪工
作狀態量，星務計算機接受來自于地面的指令，并發送采集到的數據到地
面，
采用上述平臺測試靜止通電時的電耗；
采用上述平臺通過地面向星務計算機發送不同力矩指令，采集到飛輪的轉
速和電機電流，計算不同力矩、轉速下的電耗，同時采集供電電壓和負載
電流，獲得電耗實測值；
以上述實測值作為基礎，獲得電耗計算公式參數的準確值；
在電耗的基礎上獲得熱耗的準確值，并通過動力學仿真獲得飛輪的力矩和
輪速作為動態功耗評估的輸入量。

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉琦，劉國華，楊文哲，卞晶，戴正升，
申請(專利權)人：上海微小衛星工程中心，
類型：發明
國別省市：上海;31