一种卫星伺服机构的地面模拟系统技术方案

本发明专利技术涉及一种卫星伺服机构的地面模拟系统，包括模拟测控单元和模拟执行单元；所述模拟执行单元，用于模拟卫星系统的多个天线和太阳能帆板；其中，每个模拟的天线和太阳能帆板在每个运动自由度上均对应一个伺服机构，在伺服机构中包括步进电机和传感器组件；模拟测控单元，用于控制模拟的多个天线和太阳能帆板运动；监测所述传感器组件采集的传感信息，对步进电机进行闭环控制；并按照预先装订的天线或太阳能帆板的运动位置，对天线或太阳能帆板各运动自由度上对应的步进电机进行协同控制。本发明专利技术电路规模小、功能可靠，实现了对卫星伺服机构的多台步进电机的精准控制和运行状态实时监测，适用于伺服机构的地面模拟试验。适用于伺服机构的地面模拟试验。适用于伺服机构的地面模拟试验。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星伺服机构的地面模拟系统


[0001]本专利技术涉及卫星
，尤其是一种卫星伺服机构的地面模拟系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着各国对卫星系统建设的大力推进，中低轨道卫星得到了快速发展和应用。伺服机构作为卫星系统的重要组成部分，其展开过程的稳定性、展开位置的准确性以及整体机构的可靠性等性能水平对这种新型可折叠式空间光学成像系统的成功实现起着决定性的因素。同时由于卫星产品的工作环境严酷，对于这种机械结构，在空间运行时若发生故障一般是难以修复的；因此需要对展开机构进行大量的地面试验来验证其设计的合理性和性能的可靠性，包括展开试验、动力性能试验、热试验和振动试验等。空间卫星伺服系统的机构在设计、制造、组装完成后首要进行的是地面验证试验，用于验证机构可控展开和收拢、各机构组件之间的协同运动以及运动轨迹的正确性等，因此展开试验是其他性能试验的基础，针对伺服系统试验设计研制一套完善的测控系统是必要的。

技术实现思路

[0003]鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种卫星伺服机构的地面模拟系统；参与卫星伺服系统半实物仿真试验，解决卫星伺服系统的软件调试测试问题。
[0004]本专利技术公开了一种卫星伺服机构的地面模拟系统，其特征在于，包括模拟测控单元和模拟执行单元；
[0005]所述模拟执行单元，用于模拟卫星系统的多个天线和太阳能帆板；其中，每个模拟的天线和太阳能帆板在每个运动自由度上均对应一个伺服机构，在伺服机构中包括步进电机和传感器组件；
[0006]模拟测控单元，用于控制模拟的多个天线和太阳能帆板运动；监测所述传感器组件采集的传感信息，对步进电机进行闭环控制；并按照预先装订的天线或太阳能帆板的运动位置，对天线或太阳能帆板各运动自由度上对应的步进电机进行协同控制。
[0007]进一步地，所述模拟执行单元模拟的天线包括俯仰和方位两个运动自由度，由两套伺服机构对运动进行控制，模拟卫星天线对目标的跟踪和指向；所述模拟执行单元模拟的天线太阳能帆板包括伸缩和旋转两个运动自由度，由两套伺服机构对运动进行控制，模拟太阳能帆板的打开和旋转。
[0008]进一步地，所述模拟执行单元包括2个太阳能帆板模拟器和6个卫星天线模拟器；
[0009]2个太阳能帆板模拟器相对布置在模拟系统机柜的正面板和背面板上；
[0010]6个模拟的卫星天线模拟器包括4个异轨天线模拟器和2个馈线侧天线模拟器，模拟卫星的4个天线；
[0011]其中，4个异轨天线模拟器分别布置在模拟系统机柜的左右两个侧面板上，每一个侧面板上布置2个异轨天线模拟器；2个馈线侧天线模拟器布置在模拟系统机柜的顶面板上。
[0012]进一步地，所述传感器组件包括电机控制传感器组和监测信息传感器组；
[0013]所述电机控制传感器组包括磁编码器、霍尔传感器和数字式角位移传感器；
[0014]所述磁编码器，用于采集步进电机的转动角度；
[0015]所述霍尔传感器，用于采集步进电机母线的相电流；
[0016]所述数字式角位移传感器，用于采集所述伺服机构带动模拟的天线或太阳能帆板转动的角度；
[0017]监测信息传感器组包括微动开关、模拟采集电路和扭矩传感器；
[0018]所述微动开关，用于切换电机的运动模式，通过采集微动开关的状态可以确定步进电机的运动模式；
[0019]模拟采集电路，用于采集步进电机控制电路的电压及二次电源电压；
[0020]扭矩传感器，用于采集执行机构的输出力矩。
[0021]进一步地，所述模拟测控单元包括处理器模块和逻辑器模块；
[0022]所述处理器模块，用于通过解析的通信与指令信息和采集传感器信息，进行步进电机控制运算，输出步进电机的位置信号、速度信号、模式切换信号、功能地址选通指令、安全保护指令和系统中断分配信号到逻辑器模块；
[0023]所述逻辑器模块，用于根据所述处理器模块输出的指令和信号，产生与各步进电机对应的脉宽调制及细分输出信号、电机方向信号和电机使能信号。
[0024]进一步地，所述模拟测控单元采用ZYNQ系统，ZYNQ系统的PS部分实现所述处理器模块的功能，ZYNQ系统的PL部分实现所述逻辑器模块的功能。
[0025]进一步地，ZYNQ系统的PS部分运行ARM程序，PL部分运行FPGA程序，PS部分与PL部分之间通过AXI并行数据总线进行交互，由PL部分实现AXI并行数据总线通讯。
[0026]进一步地，所述PS部分使用UART和CAN寄存器配置外部通讯模式，进行内存和中断管理，采用处理器浮点运算进行电机闭环控制和电机协同控制；输出步进电机的位置信号、速度信号、模式切换信号、功能地址选通指令、安全保护指令和系统中断分配信号到PL部分；
[0027]所述PL部分根据所述处理器模块输出的指令和信号，产生控制各电机运动的脉宽调制及细分输出信号、电机方向信号和电机使能信号；并实现串行1553B通信接口和遥测通讯接口。
[0028]进一步地，所述电机的闭环控制采用四环控制，包括由电机内部的电流环、速度环、位置环路构成的三环控制，以及由数字式角位移传感器反馈的角度与输入的期望角度形成的外部位置环控制。
[0029]10、根据权利要求7所述的地面模拟系统，其特征在于，所述电机协同控制，按照预先装订的天线或太阳能帆板的运动位置，以运动路径最短为目标，对各自由度上的步进电机进行协同控制。
[0030]本专利技术的有益效果如下：
[0031]本专利技术的地面模拟系统电路规模小、功能可靠，实现了对卫星伺服机构的多台步进电机的精准控制和运行状态实时监测，极大地提高了卫星伺服机构的伸展、转位试验的测控效率。适用于伺服机构的地面模拟试验。
附图说明
[0032]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0033]图1为本实施例中的卫星伺服机构的地面模拟系统的组成示意图；
[0034]图2为本实施例中的天线和太阳能帆板位置结构示意图；
[0035]图3为本实施例中的天线和太阳能帆板位置结构示意正视图；
[0036]图4为本实施例中的ZYNQ控制的16路电机的连接关系框图；
[0037]图5为本实施例中的电机的闭环控制框图。
具体实施方式
[0038]下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。
[0039]本实施例公开了一种卫星伺服机构的地面模拟系统，如图1所示，包括模拟测控单元、模拟执行单元、测试平台和伺服供电系统；
[0040]所述模拟执行单元，用于模拟卫星系统的多个天线和太阳能帆板；其中，每个模拟的天线和太阳能帆板在每个运动自由度上均对应一个伺服机构，在伺服机构中包括步进电机和传感器组件。
[0041]具体的，模拟的天线包括俯仰和方位两个运动自由度，由两套本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星伺服机构的地面模拟系统，其特征在于，包括模拟测控单元和模拟执行单元；所述模拟执行单元，用于模拟卫星系统的多个天线和太阳能帆板；其中，每个模拟的天线和太阳能帆板在每个运动自由度上均对应一个伺服机构，在伺服机构中包括步进电机和传感器组件；模拟测控单元，用于控制模拟的多个天线和太阳能帆板运动；监测所述传感器组件采集的传感信息，对步进电机进行闭环控制；并按照预先装订的天线或太阳能帆板的运动位置，对天线或太阳能帆板各运动自由度上对应的步进电机进行协同控制。2.根据权利要求1所述的地面模拟系统，其特征在于，所述模拟执行单元模拟的天线包括俯仰和方位两个运动自由度，由两套伺服机构对运动进行控制，模拟卫星天线对目标的跟踪和指向；所述模拟执行单元模拟的天线太阳能帆板包括伸缩和旋转两个运动自由度，由两套伺服机构对运动进行控制，模拟太阳能帆板的打开和旋转。3.根据权利要求2所述的地面模拟系统，其特征在于，所述模拟执行单元包括2个太阳能帆板模拟器和6个卫星天线模拟器；2个太阳能帆板模拟器相对布置在模拟系统机柜的正面板和背面板上；6个模拟的卫星天线模拟器包括4个异轨天线模拟器和2个馈线侧天线模拟器，模拟卫星的4个天线；其中，4个异轨天线模拟器分别布置在模拟系统机柜的左右两个侧面板上，每一个侧面板上布置2个异轨天线模拟器；2个馈线侧天线模拟器布置在模拟系统机柜的顶面板上。4.根据权利要求1所述的地面模拟系统，其特征在于，所述传感器组件包括电机控制传感器组和监测信息传感器组；所述电机控制传感器组包括磁编码器、霍尔传感器和数字式角位移传感器；所述磁编码器，用于采集步进电机的转动角度；所述霍尔传感器，用于采集步进电机母线的相电流；所述数字式角位移传感器，用于采集所述伺服机构带动模拟的天线或太阳能帆板转动的角度；监测信息传感器组包括微动开关、模拟采集电路和扭矩传感器；所述微动开关，用于切换电机的运动模式，通过采集微动开关的状态可以确定步进电机的运动模式；模拟采集电路，用于采集步进电机控制电路的电压及二次电...

【专利技术属性】
技术研发人员：马一通，张程煜，刘冠达，魏厚震，马俊，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：