空間鏈路天線驅(qū)動機(jī)構(gòu)的建模與動態(tài)特性測試.pdf

1、隨著日益增加的測控高覆蓋、通信高帶寬需求，各航天大國都在建立自己的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，用于對衛(wèi)星或者其它航天器進(jìn)行測控通信，以及衛(wèi)星與地面站的雙向高速通信。為了實(shí)現(xiàn)不同類型的衛(wèi)星通信，中繼衛(wèi)星大多安裝多幅天線。與此同時(shí)，用戶星與中繼衛(wèi)星系統(tǒng)之間以及與地面站之間通信，也需要安裝通信天線。無論是中繼衛(wèi)星還是用戶星，為了保持對目標(biāo)的連續(xù)跟蹤過程，其中最重要的設(shè)備就是天線驅(qū)動機(jī)構(gòu)。因此有必要建立驅(qū)動機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型，并研究通用的地面試驗(yàn)方法。
　　

2、本文工作包括：驅(qū)動機(jī)構(gòu)工作原理介紹，電機(jī)建模研究，驅(qū)動器建模研究，傳動系統(tǒng)建模分析，空間干擾力矩分析，含真實(shí)控制軟件的全系統(tǒng)仿真，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比模型的正確性驗(yàn)證，半物理仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)等。
　　首先對空間鏈路天線驅(qū)動機(jī)構(gòu)的組成和工作原理進(jìn)行了介紹。在步進(jìn)電機(jī)建模方面，在分析了以電機(jī)內(nèi)部磁通為狀態(tài)變量進(jìn)行建模研究的局限性后，采用了以電機(jī)電感作為狀態(tài)變量進(jìn)行建模研究的方法，克服了電機(jī)所獲參數(shù)有限的困難，同時(shí)模型又有比較寬的適用范圍。

3、結(jié)合所建立的驅(qū)動器模型，建立了Simulink仿真模型，通過電機(jī)實(shí)測數(shù)據(jù)，確定了等效轉(zhuǎn)矩系數(shù)飽和門限值以及單相定子中增量永磁通幅值。對比分析仿真矩頻特性數(shù)據(jù)與實(shí)測矩頻特性數(shù)據(jù)，證明所建立的模型正確，該模型只需進(jìn)行參數(shù)修改即可用于后續(xù)型號驅(qū)動機(jī)構(gòu)動態(tài)特性的仿真分析。
　　在傳動系統(tǒng)建模方面，建模通常都把諧波減速器等價(jià)為一個(gè)扭矩放大和轉(zhuǎn)速縮小的比例環(huán)節(jié)，本文在消化吸收國內(nèi)外研究成果[37]的基礎(chǔ)上，綜合考慮了諧波減速器的柔性特性、柔性

4、齒與剛性齒之間的嚙合特性、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程的摩擦特性以及傳動間隙等因素后，建立較為完整的諧波減速器模型并確定特征參數(shù)。
　　在系統(tǒng)仿真方面，為了建立驅(qū)動機(jī)構(gòu)運(yùn)行過程完整數(shù)學(xué)模型，分析了天線在空間受到的干擾力矩并對干擾力矩的幅值范圍進(jìn)行了計(jì)算；完成了天線的有限元分析，并給出前五階振型和對應(yīng)頻率。結(jié)合電機(jī)、驅(qū)動器、傳動系統(tǒng)、天線模型,并將真實(shí)的控制軟件納入閉環(huán)全數(shù)字仿真模型，比較仿真曲線與全物理地面試驗(yàn)測試實(shí)測曲線，證明了建模正確性。

5、r>　　在空間鏈路天線驅(qū)動機(jī)構(gòu)地面試驗(yàn)方法研究方面，傳統(tǒng)動量輪試驗(yàn)方法、全實(shí)物試驗(yàn)方法的均存在不同程度的弊端，本文提出了建立半實(shí)物仿真系統(tǒng)的方案，并完成了工程研制，實(shí)踐表明通過該系統(tǒng)進(jìn)行地面動態(tài)特性試驗(yàn)可大大降低人力物力消耗。
　　本文的主要創(chuàng)新點(diǎn)包括：第一，將航天型號軟件納入全數(shù)字仿真模型,并驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的正確性。后續(xù)其它衛(wèi)星型號研制過程中，可以提前通過該模型驗(yàn)證控制算法的有效性，提高驅(qū)動控制軟件開發(fā)效率，縮短衛(wèi)星研制周期。第