[发明专利]一种六自由度全主动控制洛伦兹吊舱

说明书

本发明公开了一种六自由度全主动控制洛伦兹吊舱，包括动子系统和定子系统，动子系统包括：舱体、轴向平动径向偏转磁轴承动子、球面电机动子组件、光电码盘动子光栅；定子系统包括：轴向平动径向偏转磁轴承定子组件、球面电机定子组件、径向支座、光电码盘读数头、径向球面磁轴承定子组件、轴向支座、轴向位移传感器、偏转位移传感器、径向位移传感器。通过位移检测点与磁轴承平动控制点共位的六自由度全主动控制洛伦兹吊舱，消除了传感器与磁轴承转换矩阵引起的误差，提升了航天器相机成像质量。此外，采用球面旋转电机控制吊舱动子方位，可实现360°方位角主动调整能力，进一步提升了相机对地观测机动成像质量。

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮吊舱，尤其涉及一种位移检测点与磁轴承平动控制点共位的六自由度全主动控制洛伦兹吊舱。

背景技术

航天器在空间飞行过程中，受内部多种运动部件振动、外部复杂空间电磁环境干扰等影响，导致航天器平台存在一定的振动，严重影响固联于航天器平台的相机工作性能，致使成像模糊和歪曲。此外，机动成像过程中，通过控制力矩陀螺输出大姿态控制力矩，驱动航天器平台做大角度机动偏转，实现航天器敏捷机动成像。由于航天器平台隔振效果和姿态快速机动后快速稳定能力不足，导致相机不能快速稳定成像拍照，影响天地成像质量。

为解决上述问题，在相机与航天器平台间垫入一层减振弹性阻尼材料，通过材料阻尼吸收载体产生振动的动能，实现被动式隔振。当振动能量或振幅超出弹性阻尼材料能力时，相机会与航天器平台接触，亦会将振动传递至相机，影响成像质量。磁悬浮轴承实现了动定子间的非接触悬浮支撑，具有支撑刚度和阻尼均可控的优点，且能对航天器及相机进行振动控制和振动抑制，已应用于航天器双超平台。

中国专利201710877195.1提出了对日惯性定向的主从非接触双超卫星平台，采用非接触磁悬浮机构以及集中控制的设计方法，实现了相机载荷舱和平台舱的动静隔离，隔绝了外部扰动对相机载荷的干扰。该方案具有控制精度高、环境适应性强、控制力和控制力矩输出稳定的优点，但其磁悬浮平台通过锁紧机构与卫星保持连接，仅实现了相机载荷舱与平台舱的隔离，无法实现吊舱偏转和旋转，相机载荷成像能力不足。

中国专利201810281513.2提出了一种卫星用磁悬浮万向偏转隔震吊舱，采用磁阻力-洛伦兹力混合力构型实现吊舱动子的五自由度主动振动控制和振动抑制，利用球面解耦磁阻力磁轴承实现径向两自由度偏转，借助高线性度洛伦兹力磁轴承控制吊舱动子轴向平动和径向两自由度高带宽偏转/稳定悬浮。由于径向球面磁阻力磁轴承悬浮力过动子球心，且洛伦兹力磁轴承轴向悬浮力与转子位置无关，避免了三个平动对偏转悬浮的干扰，提高了吊舱动子的悬浮精度。该方案动子位移检测点与控制点异位，需要转换矩阵估算转子悬浮力处的实际位移。因转换矩阵存在测量误差，且误差随时间、温度、应力等环境参数变化，降低了吊舱动子的平动悬浮精度，进而影响吊舱相机载荷的成像质量。此外，该方案吊舱动子单自由度旋转不受控制，导致吊舱相机载荷方位角处于自由状态，进一步降低了相机成像质量。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供了一种位移检测点与磁轴承平动控制点共位的六自由度全主动控制洛伦兹吊舱，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：