[发明专利]三自由度半物理仿真系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种三自由度半物理仿真系统及其工作方法，三轴气浮台安装在支撑架上；气浮支撑座提供高压气体润滑使得气浮半球在气浮支撑座的球窝中自由翻滚和转动；姿态控制系统安装在试验平台上，试验平台放置在转接板上，转接板安放在气浮半球上方；限位保护装置具有限位圆环，限位圆环在转接板的下方且环绕气浮半球，通过限位圆环的动作来避免试验平台偏转超出设定角度；自动调平装置位于试验平台侧下方，调平装置控制盒安装在试验平台上，自动调平装置通过电机控制器（41）来控制伺服电机（42）转动，并带动滑块（43）上的砝码（44）移动，达到配平的目的，同时调平装置控制盒内有倾角仪，来检测试验平台摆动的角度。

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，以及这种三自由度半物理仿真系统的工作方法。

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。

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。

通过对文献和专利检索，找到与三轴气浮台半物理仿真系统相关的专利申请；例如：申请号为：202011418855 .8，发明名称：一种三轴气浮台质心预调平衡装置及其使用方法，公开了，其包括：气浮支撑件，其包括球轴承；悬浮于球轴承上的气浮球，其上设有仪表平台；质心预调平衡机构，其包括：设于气浮支撑件上的限位装置，当仪表平台发生倾斜时，限位装置限制仪表平台进一步倾斜；以及设于仪表平台上的质心调节装置，质心调节装置通过调整自身质量，以调整仪表平台的质心位置；该三轴气浮台质心预调平衡装置利用质量块对质心进行粗略的调节，无法完成精细的调平，不能达到实验要求。

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，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，其包括：支撑架、三轴气浮台、限位保护装置、试验平台、转接板、自动调平系统、姿态控制系统；