[发明专利]X构型储能式变速控制力矩陀螺机构及其控制方法

摘要

本发明公开的X构型储能式变速控制力矩陀螺机构及其控制方法，属于航空航天技术领域。X构型储能式变速控制力矩陀螺机构主要由真空室、封闭式外框架、立柱、和四个呈X构型分布的储能式变速控制力矩陀螺构成。四个力矩陀螺分成两两成对安装。储能式变速控制力矩陀螺之间的夹角范围为0～180°。本发明还公开一种用于柔性航天器振动能量一体化控制方法，用于控制所述力矩陀螺机构。本发明无需专门轮速平衡控制算法，仅需简单控制指令即能够实现柔性航天器振动能量一体化控制，并实现飞轮轮速平衡，进而不会因长期转速不均匀带来硬件寿命差异，提高硬件整体寿命；所述的X构型储能式变速控制力矩陀螺机构能够维持机构输出力矩在恒定方向，提高系统控制性能。

主权项

1.X构型储能式变速控制力矩陀螺机构，其特征在于：主要由真空室(1)、封闭式外框架(3)、立柱(4)、和四个呈X构型分布的储能式变速控制力矩陀螺(2)构成；四个呈X构型分布的储能式变速控制力矩陀螺(2)分成两对，两两成对安装；储能式变速控制力矩陀螺(2)之间的夹角范围为0～180°；四个储能式变速控制力矩陀螺(2)完全相同，均主要由储能飞轮(2.1)、用于驱动飞轮的可逆式电动/发电机(2.2)、内框架(2.3)、内框架驱动电机(2.4)组成；储能式变速控制力矩陀螺(2)一端通过轴承与封闭式外框架封闭式外框架，另一端通过轴承与立柱连接；为了便于描述，沿顺时针方向将四个呈X构型分布的储能式变速控制力矩陀螺(2)定义为第一储能式变速控制力矩陀螺、第二储能式变速控制力矩陀螺、第三储能式变速控制力矩陀螺、第四储能式变速控制力矩陀螺；对应的内框架定义为第一框架、第二框架、第三框架、第四框架；对应的储能飞轮定义为第一飞轮、第二飞轮、第三飞轮、第四飞轮；飞轮旋转定义方向为：第二飞轮和第四飞轮由立柱向外转、第一飞轮和第三飞轮由外向立柱转；或第二飞轮和第四飞轮由外向立柱转、第一飞轮和第三飞轮由立柱向外转；/n当X构型储能式变速控制力矩陀螺机构进行储能或放能时，四个储能飞轮(2.1)以相同的加速度同时加速或减速，储能飞轮(2.1)角速度所产生的力矩相互抵消，即能够在储能飞轮(2.1)不输出扰动力矩的同时，实现储能飞轮(2.1)轮速平衡，进而不会因长期转速不均匀带来硬件寿命差异，提高硬件整体寿命；当X构型储能式变速控制力矩陀螺机构中左右两侧的变速控制力矩陀螺框架轴以相同角速率相对旋转，则输出的力矩方向恒定在立柱(4)方向，进而提高X构型储能式变速控制力矩陀螺机构控制性能；所述变速控制力矩陀螺框架轴以相同角速度相对旋转包括同时向中心旋转或同时向两侧旋转两种工作方式；根据平行四边形法则，所述的X构型储能式变速控制力矩陀螺机构能够维持机构输出力矩在恒定方向，提高系统控制性能。/n