[发明专利]三自由度半物理仿真系统的调平装置及其工作方法

说明书

一种三自由度半物理仿真系统的调平装置及其工作方法，不需要反复进行调节，能够实现三轴气浮台自动调平，调节范围广，速度快。其包括四套调平单元（1），每套调平单元包括：导轨（2）、斜装支架（3）、伺服电机（4）、编码器（5）、滑杆（6）、滑块（7）、第一U型支架（8）、螺母（11）、螺杆（12）、砝码（13）、电机控制器。

技术领域

本发明涉及航天器地面半物理仿真的技术领域，尤其涉及一种三自由度半物理仿真系统的调平装置，以及这种三自由度半物理仿真系统的调平装置的工作方法。

背景技术

姿态控制分系统主要由姿态调整执行机构（飞轮和磁力矩器）、姿态敏感器（太敏、星敏、陀螺仪、磁强计等）以及相应的姿态处理器组成；通过姿态敏感器获取当前空间飞行器的位置信息，再通过控制处理器控制姿态调整执行机构运动到目标位置；姿态控制分系统是确保空间飞行器在轨寿命和任务效能的核心关键组件，在在轨飞行之前，进行充分的地面试验验证对于整个任务的成败至关重要。而空间飞行器的工作环境是无重力环境，为了能够在地面实现微重力、低摩擦的试验环境，需在地面搭建空间飞行器半实物仿真试验平台，实现空间三自由度的空间运动。三轴气浮台是空间三自由度的空间运动的合适设备。

在进行模拟时，当三轴气浮台的质心和气浮球的球心不重合时，会产生重力干扰力矩。为了保证地面全物理仿真试验的有效性，需要保证三轴气浮台的干扰力矩满足任务仿真试验要求，因此，需要在实验前进行质心调平衡工作，以减小三轴气浮台的质心和气浮球的球心的偏量，由此消除重力干扰力矩影响。

通过对文献和专利的检索，找到与三轴气浮台的质心调整相关的专利申请及文献。例如：申请号为CN202110156207.8，发明名称：三轴气浮台质心调平衡的方法及系统，公开了一种三轴气浮台质心调平衡的系统，包括：第一调平衡模块：将三轴气浮台处于水平状态进行飞轮轮控，根据第一姿态测量仪所测姿态进行水平方向调平衡；第二调平衡模块：利用飞轮轮控将三轴气浮台倾斜偏置角度，根据第二姿态测量仪所测姿态进行竖直方向调平衡；其平衡方式主要依靠飞轮进行调整。但飞轮的调节范围有限（达到额定转速后不再输出力矩，无法抵消干扰力矩），需要反复进行调节，不能一次到位，难以快速调节。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种三自由度半物理仿真系统的调平装置，其不需要反复进行调节，能够实现三轴气浮台自动调平，调节范围广，速度快。

本发明的技术方案是：这种三自由度半物理仿真系统的调平装置，其包括四套调平单元，每套调平单元包括：导轨、斜装支架、伺服电机、编码器、滑杆、滑块、第一U型支架、螺母、螺杆、砝码、电机控制器；

导轨通过斜装支架安装在试验平台下方，伺服电机、编码器分别安装在导轨的上、下端，滑杆与伺服电机相连，滑块安装在滑杆上，在伺服电机带动下沿滑杆移动，第一U型支架固定在滑块上，螺杆贯穿第一U型支架的两端并通过螺母固定在第一U型支架上，砝码安装在螺杆上来配重，电机控制器控制伺服电机转动；

四个调平单元围绕圆周均匀分布在试验平台的侧下方， 调平装置控制盒安装在试验平台上并通过电机控制器来控制伺服电机转动，并带动滑块上的砝码移动，达到配平的目的，同时调平装置控制盒内有倾角仪，用于检测试验平台摆动的角度。

本发明的导轨通过斜装支架安装在试验平台下方，伺服电机、编码器分别安装在导轨的上、下端，滑杆与伺服电机相连，滑块安装在滑杆上，在伺服电机带动下沿滑杆移动，第一U型支架固定在滑块上，螺杆贯穿第一U型支架的两端并通过螺母固定在第一U型支架上，砝码安装在螺杆上来配重，电机控制器控制伺服电机转动；四个调平单元围绕圆周均匀分布在试验平台的侧下方， 调平装置控制盒安装在试验平台上并通过电机控制器来控制伺服电机转动，并带动滑块上的砝码移动，达到配平的目的，同时调平装置控制盒内有倾角仪，用于检测试验平台摆动的角度；因此其不需要反复进行调节，能够实现三轴气浮台自动调平，调节范围广，速度快。

还提供了一种三自由度半物理仿真系统的调平装置的工作方法，其包括以下步骤：