[发明专利]一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统及方法

说明书

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ω_s的值：当|η|＜45°，ω_s＝A，当|η|≥45°，ω_s＝0；η表示矢量H_t×ω_s×H_t与H_t×n×H_t之间的夹角，H_t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。

技术领域

本发明涉及一种基于非接触电磁力驱动的非合作目标翻滚运动起旋模拟系统及方法，属于航天器姿态地面模拟控制领域。

背景技术

失效航天器等非合作目标占据了大量宝贵的轨道资源，对其进行主动清除迫在眉睫。非合作目标清除的一个难点在于其无规律的翻滚运动，翻滚运动成因复杂，有非合作目标失效前的残余角动量、燃料晃动、能量耗散等众多原因。在对非合作目标进行主动清除时，地面模拟实验是一个必不可少的环节，首先需要对非合作目标的三维翻滚运动进行地面模拟。

一种常见的方法是基于三自由度气浮球轴承设计非合作目标翻滚运动模拟系统，在非合作目标翻滚运动模拟系统上安装气瓶、控制力矩陀螺等姿态控制系统，利用非合作目标翻滚运动模拟系统上的姿态控制系统驱动非合作目标实现翻滚运动的起旋模拟。然而喷气姿态控制系统存在的问题是起旋模拟过程中，气瓶内的气体不断消耗，造成了整个模拟系统的总质量、质心位置会发生改变，这会造成平台姿态模拟不准确甚至平台倾覆的可能，所以喷气式起旋模拟系统在模拟过程中对整个系统的质心实时调节功能提出了很高的要求。控制力矩陀螺姿态控制系统存在的问题是起旋模拟过程中，陀螺的角动量一直累积，一旦累计角动量值达到饱和，则需要进行角动量卸载，否则控制力矩陀螺的姿态控制能力就会丧失。若进行多种不同工况下的翻滚运动起旋模拟，控制力拒陀螺持续工作时角动量容易饱和，需要频繁的卸载控制力矩陀螺的角动量。

发明内容

针对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，本发明提供一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统及方法。

本发明的一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统，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ω_s，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ω_s的值的关系为：

其中，η表示矢量H_t×ω_s×H_t与H_t×n×H_t之间的夹角，H_t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。

作为优选，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；