【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及航天航空，特別涉及一種可重構的反作用飛輪力矩控制系統。
技術介紹
1、在航天這一高精尖領域，航天器的姿態控制無疑具有舉足輕重的地位，以通信衛星為例，其必須精確對準地面站，方能確保通信信號的穩定傳輸與高質量接收；天文觀測衛星則需穩定且精準地指向觀測目標，如此才能捕捉到清晰、準確且具有科研價值的數據；空間站特定的姿態維持對于保障航天員的日常生活秩序以及各類科研實驗的順利開展起著不可或缺的作用，而這一切的背后，皆高度依賴于高精度的姿態控制技術，當下，在眾多航天器的姿態控制手段中，反作用飛輪占據著主導地位，其通過自身高速旋轉產生控制力矩，從而有效地改變航天器的姿態，相較于其他傳統或新興的姿態控制手段，反作用飛輪展現出了諸多顯著優勢，其控制精度能夠滿足航天器在各種復雜任務場景下對姿態微調的嚴苛要求，另外的，反作用飛輪能耗相對較低的特性，使得航天器可以在有限的能源供給條件下，能夠更持久地維持姿態穩定。
2、除了處于日常工作狀態的反作用飛輪外，航天器通常還配備有冗余飛輪，太空環境極為復雜惡劣，充斥著各種極端因素與未知風險，這使得反作用飛輪在運行過程中面臨著諸多潛在故障風險，例如，電機作為反作用飛輪的動力核心，可能會因長時間高強度運行、電磁干擾或機械部件老化等原因而突發故障；軸承在承受飛輪高速旋轉所產生的巨大壓力與摩擦力時，也容易出現磨損、變形甚至損壞的情況，而冗余飛輪的關鍵價值就在于，當主飛輪(即正常運行的反作用飛輪)遭遇上述故障時，能夠迅速且無縫地接替其工作，確保航天器的姿態控制系統不間斷運行，從而保障航天器的安全
3、然而，就目前的技術現狀而言，現有的反作用飛輪管理策略仍存在明顯的局限性，一方面，對于反作用飛輪的使用狀態評估僅僅停留在較為簡單和初步的層面，所采用的評估方法與指標體系難以全面、準確地反映飛輪的真實健康狀況與潛在風險，評估結果往往存在較大的偏差與不確定性，另一方面，在進行反作用飛輪與冗余飛輪的替換操作時，缺乏對替換時間節點的深入考量與優化設計，這就導致在實際替換過程中，由于未能充分結合航天器當時的飛行姿態、任務需求以及系統整體穩定性等關鍵因素，替換操作極易對航天器的姿態產生較大的瞬時擾動，進而影響航天器的正常運行與任務執行，甚至可能引發一系列連鎖反應，對航天器的安全性與可靠性構成潛在威脅。
技術實現思路
1、鑒以此，本專利技術提出一種可重構的反作用飛輪力矩控制系統，可以調度反作用飛輪和冗余飛輪的使用，使使用狀態保持一致，并且替換過程不會對航天器的姿態產生較大的擾動。
2、本專利技術的技術方案是這樣實現的：
3、一種可重構的反作用飛輪力矩控制系統，包括：
4、數據獲取單元，用于采集反作用飛輪的實時運行數據，并獲取反作用飛輪和冗余飛輪的歷史運行數據；
5、模型構建單元，用于根據性能參數、實時運行數據、歷史運行數據構建飛輪di?kw模型；
6、飛輪評估單元，用于應用飛輪dikw模型獲取反作用飛輪和冗余飛輪的使用狀態，基于使用狀態確定待替換的冗余飛輪以及被替換的反作用飛輪；
7、軌跡預測單元，用于預測航天器的運動軌跡以及姿態，并獲取最佳替換節點；
8、力矩控制單元，用于在最佳替換節點將待替換的冗余飛輪和被替換的反作用飛輪進行替換，并對所有使用中的反作用飛輪進行力矩反饋控制；
9、所述數據獲取單元、模型構建單元、飛輪評估單元、軌跡預測單元以及力矩控制單元依次數據連接，所述飛輪評估單元與力矩控制單元數據連接。
10、優選的，所述數據采集單元的執行步驟包括：
11、步驟s11、在反作用飛輪以及冗余飛輪上布設傳感器組；
12、步驟s12、通過傳感器組獲取使用中的反作用飛輪的實時運行數據，所述實時運行數據包括轉速、溫度、電機電流及電壓；
13、步驟s13、查找反作用飛輪和冗余飛輪的工作日志，從工作日志中獲取反作用飛輪和冗余飛輪的歷史運行數據，所述歷史運行數據包括累計工作時間、總旋轉圈數以及曾經承受的最大負載。
14、優選的，所述步驟s12在獲取使用中的反作用飛輪的實時運行數據后，對實時運行數據中的異常數據進行識別和剔除，并進行數據校準。
15、優選的，所述模型構建單元的執行步驟包括：
16、步驟s21、獲取反作用飛輪以及冗余飛輪的性能參數，將性能參數映射為第一類型化資源，所述性能參數包括最大輸出力矩、轉動慣量、允許的轉速范圍、效率曲線；
17、步驟s22、將實時運行數據和歷史運行數據分別映射成第二類型化資源以及第三類型化資源；
18、步驟s23、根據第一類型化資源、第二類型化資源以及第三類型化資源構建飛輪di?kw模型。
19、優選的，所述第一類型化資源、第二類型化資源以及第三類型化資源均包括數據資源、信息資源、知識資源以及智慧資源，所述數據資源、信息資源、知識資源以及智慧資源可以相互轉換得到。
20、優選的，所述飛輪評估單元的執行步驟包括：
21、步驟s31、運用飛輪d?ikw模型的數據層對性能參數、實時運行數據以及歷史運行數據進行數據整合；
22、步驟s32、運用飛輪d?ikw模型的信息層對整合后的數據進行性能指標關聯以及運行模式分析；
23、步驟s33、運用飛輪d?ikw模型的知識層構建評估模型，并通過評估模型基于性能指標關聯和運行模型分析結果評估反作用飛輪和冗余飛輪的使用狀態；
24、步驟s34、運用飛輪d?ikw模型的智慧層根據評估結果查詢得到使用狀態較好的冗余飛輪以及使用狀態較差的反作用飛輪，并輸出為待替換的冗余飛輪以及被替換的反作用飛輪。
25、優選的，所述步驟s33中的評估模型基于大量數據的分析訓練以及專家經驗總結得到。
26、優選的，所述軌跡預測單元的執行步驟包括：
27、步驟s41、構建航天器的動力學模型，并獲取航天器的航行計劃；
28、步驟s42、根據動力學模型以及航行計劃模擬航天器的航行過程，并分析航天器在不同任務階段和軌道位置的姿態控制需求；
29、步驟s43、根據姿態控制需求獲取低優先級時間段，從低優先級時間段中確定最佳替本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種可重構的反作用飛輪力矩控制系統，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種可重構的反作用飛輪力矩控制系統，其特征在于，所述數據采集單元的執行步驟包括：
3.根據權利要求2所述的一種可重構的反作用飛輪力矩控制系統，其特征在于，所述步驟S12在獲取使用中的反作用飛輪的實時運行數據后，對實時運行數據中的異常數據進行識別和剔除，并進行數據校準。
4.根據權利要求1所述的一種可重構的反作用飛輪力矩控制系統，其特征在于，所述模型構建單元的執行步驟包括：
5.根據權利要求4所述的一種可重構的反作用飛輪力矩控制系統，其特征在于，所述第一類型化資源、第二類型化資源以及第三類型化資源均包括數據資源、信息資源、知識資源以及智慧資源，所述數據資源、信息資源、知識資源以及智慧資源可以相互轉換得到。
6.根據權利要求1所述的一種可重構的反作用飛輪力矩控制系統，其特征在于，所述飛輪評估單元的執行步驟包括：
7.根據權利要求6所述的一種可重構的反作用飛輪力矩控制系統，其特征在于，所述步驟S33中的評估模型基于大量數據的分析訓練
8.根據權利要求1所述的一種可重構的反作用飛輪力矩控制系統，其特征在于，所述軌跡預測單元的執行步驟包括：
9.根據權利要求8所述的一種可重構的反作用飛輪力矩控制系統，其特征在于，所述步驟S43從低優先級時間段中確定最佳替換節點的具體步驟為：分析低優先級時間段中每個節點進行替換時可能產生的姿態擾動，將姿態擾動最小的節點輸出為最佳替換節點。
10.根據權利要求1所述的一種可重構的反作用飛輪力矩控制系統，其特征在于，所述力矩控制單元的執行步驟包括：
...【技術特征摘要】
1.一種可重構的反作用飛輪力矩控制系統，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種可重構的反作用飛輪力矩控制系統，其特征在于，所述數據采集單元的執行步驟包括：
3.根據權利要求2所述的一種可重構的反作用飛輪力矩控制系統，其特征在于，所述步驟s12在獲取使用中的反作用飛輪的實時運行數據后，對實時運行數據中的異常數據進行識別和剔除，并進行數據校準。
4.根據權利要求1所述的一種可重構的反作用飛輪力矩控制系統，其特征在于，所述模型構建單元的執行步驟包括：
5.根據權利要求4所述的一種可重構的反作用飛輪力矩控制系統，其特征在于，所述第一類型化資源、第二類型化資源以及第三類型化資源均包括數據資源、信息資源、知識資源以及智慧資源，所述數據資源、信息資源、知識資源以及智慧資源可以相互轉換得到。
...【專利技術屬性】
技術研發人員：徐春劍，孔翔，饒勇濤，龍暉，
申請(專利權)人：深圳航天科技創新研究院，
類型：發明
國別省市：
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