【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航天应用领域，尤其涉及一种卫星系统组合体的惯量和部件的惯量计算方法及系统。
技术介绍
1、卫星系统的惯量计算是姿控系统用于进行分析和控制设计以及仿真的基础。卫星在进行结构设计过程中，需要获得包括各个转动部件、天线展开机构和卫星帆板在内的系统整体的惯量，而受限于惯量测试装置和卫星帆板、天线展开机构展开的条件限制，不能一次测量整个系统的惯量。此外，某些情况下，卫星安装的运动部件相对卫星进行运动时，卫星系统的质心和惯量会发生相应变化，而卫星系统的质心和惯量参数不可能通过覆盖所有收拢和展开状态去进行遍历性测试，因此目前通常的做法是通过质量特性测试来进行测试，获取主结构的惯量参数，根据测试数据修正其cad模型，并结合各不可测卫星帆板、天线展开机构等子部件的质量特性仿真参数，采用仿真软件，再进行组合体各种状态质量特性参数的获取计算，在进行计算的过程中，需要建立复杂的各个部件模型，根据测试结果逐步修正主结构的质量特性参数，耗时较长。特别对于在因装配流程和测试条件限制的情况下，仅能进行含大型展开机构收拢状态下的组合体的惯量测试，而实际需求的是天线展开状态下的组合体惯量参数，此时通过软件进行主结构与展开机构的惯量分解，主要依托于反复拼凑迭代，尤其耗时费力。
技术实现思路
1、有鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种卫星系统组合体的惯量计算方法，方法包括：
2、确定所述组合体的部件组成；
3、确定所述组合体所对应的系统质心坐标系，所述系统质心坐标系以所述组合体的质
4、确定所述组合体中各部件所对应的坐标系，各坐标系以各对应部件的质心为原点；
5、计算所述组合体中各部件的第一惯量和第二惯量，所述第一惯量为部件在系统质心坐标系中的惯量，所述第二惯量为部件相对所述组合体的质心的惯量；以及
6、将所述组合体中各部件的第一惯量和第二惯量全部相加，从而获得所述组合体的叠加惯量。
7、进一步地，所述组合体中第i个部件的第一惯量的计算式为：
8、jic＝ac-i·jii·ac-it
9、其中，
10、ac-i是所述第i个部件对应的坐标系到所述系统质心坐标系的姿态转化矩阵；
11、jii是所述第i个部件在与其对应的坐标系中的转动惯量；
12、i＝1,2,3…n，n为所述组合体中部件的个数。
13、进一步地，3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组合体中第i个部件的第二惯量的计算式为：
14、
15、其中，
16、ric是从所述组合体的质心指向所述第i个部件的质心的矢量；
17、e是单位矩阵；
18、mi是所述第i个部件的质量；
19、i＝1,2,3…n，n为所述组合体中部件的个数。
20、进一步地，确定系统结构参考坐标系，其表示了各个部件相对本坐标系的安装关系，所述系统结构参考坐标系与所述系统质心坐标系三轴平行，则从系统质心指向第i个部件的质心的矢量ric的计算公式为：
21、
22、其中，
23、是从所述系统结构参考坐标系的原点指向所述第i个部件的质心的矢量；
24、是从所述系统结构参考坐标系的原点指向所述组合体中第j个部件的质心的矢量；
25、mj是所述组合体中第j个部件的质量。
26、本专利技术还提供了一种卫星系统组合体的部件的惯量计算方法，已知所述组合体的惯量以及所述组合体中除第k个部件外其余各部件的惯量，所述第k个部件是所述组合体中唯一一个未知惯量的部件，其特征在于，包括：
27、确定所述组合体所对应的系统质心坐标系，所述系统质心坐标系以所述组合体的质心为原点；
28、将所述组合体的惯量减去所述组合体中除所述第k个部件以外的其余各部件的第一惯量和第二惯量以及所述第k个部件的第二惯量，从而获得所述第k个部件的第一惯量，其中所述第一惯量为部件在系统质心坐标系中的惯量，所述第二惯量为部件相对所述组合体的质心的惯量；以及
29、对所述第k个部件的第一惯量进行姿态转化，从而获得所述第k个部件的惯量。
30、进一步地，确定所述组合体中各部件所对应的坐标系，各坐标系以各对应部件的质心为原点，所述第k个部件的第一惯量为：
31、
32、其中，
33、ac-i是从所述第i个部件对应的坐标系到所述系统质心坐标系的姿态转化矩阵；
34、jii是所述第i个部件在与其对应的坐标系中的转动惯量；
35、j是所述组合体的惯量；
36、是所述第i个部件相对组合体质心的惯性；
37、i＝1,2,3…n，对于所述第i个部件的第一惯量jic＝ac-i·jii·ac-it，有i≠k，n为所述组合体中部件的个数。
38、进一步地，确定所述第k个部件所对应的坐标系，该坐标系以所述第k个部件的质心为原点，则所述第k个部件的相对自身部件坐标系惯量为
39、jkk＝ac-ktjkcac-k
40、ac-k是从所述第k个部件对应的坐标系到所述系统质心坐标系的姿态转化矩阵。
41、进一步地，所述组合体中第i个部件的第二惯量为：
42、
43、其中，
44、ric是从所述组合体的质心指向所述第i个部件的质心的矢量；
45、e是单位矩阵；
46、mi是所述第i个部件的质量；
47、i＝1,2,3…n，对于jic＝ac-i·jii·ac-it，有i≠k，n为所述组合体中部件的个数。
48、进一步地，确定反映所述组合体内各部件相对位置关系的系统结构参考坐标系，所述系统结构参考坐标系与所述系统质心坐标系三轴平行，则从系统质心指向第i个部件的质心的矢量ric的计算公式为：
49、
50、其中，
51、是从所述系统结构参考坐标系的原点指向所述第i个部件的质心的矢量；是从所述系统结构参考坐标系的原点指向所述组合体中第j个部件的质心的矢量；
52、mj是所述组合体中第j个部件的质量。
53、本专利技术还提供了一种卫星系统组合体惯量计算系统，采用上述的卫星系统组合体的惯量计算方法和/或卫星系统组合体的部件的惯量分解计算方法。
54、本专利技术针对目前现有技术无具有工程可操作的组合体惯量和组合体的部件的计算方法，从而过度依靠cad仿真软件，受限于仿真软件的计算功能不可逆，无法进行组合体惯量参数的分解计算的问题，提出了一种卫星系统组合体惯量和部件惯量的计算方法及系统，主要基于以下设计要点：
55、1、针对组合体惯量的求解，通过建立组合体惯量计算公式，在已知系统内所有部件的在其部件坐标系表示的惯量、部件质心位置相对结构坐标系的位置表示，以及各个部件坐标系相对其质心坐标本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种卫星系统组合体的惯量计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组合体中第i个部件的第一惯量的计算式为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组合体中第i个部件的第二惯量的计算式为：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定系统结构参考坐标系，其表示了各个部件相对本坐标系的安装关系，所述系统结构参考坐标系与所述系统质心坐标系三轴平行，则从系统质心指向第i个部件的质心的矢量RiC的计算公式为：
5.一种卫星系统组合体的部件的惯量计算方法，已知所述组合体的惯量以及所述组合体中除第k个部件外其余各部件的惯量，所述第k个部件是所述组合体中唯一一个未知惯量的部件，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，确定所述组合体中各部件所对应的坐标系，各坐标系以各对应部件的质心为原点，所述第k个部件的第一惯量为：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，确定所述第k个部件所对应的坐标系，该坐标系以所述第k个部件的质心为原点，则所述第k个部件的相对自身部
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述组合体中第i个部件的第二惯量为：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，确定反映所述组合体内各部件相对位置关系的系统结构参考坐标系，所述系统结构参考坐标系与所述系统质心坐标系三轴平行，则从系统质心指向第i个部件的质心的矢量RiC的计算公式为：
10.一种卫星系统组合体惯量计算系统，其特征在于，采用权利要求1-9任一所述的计算方法。
...【技术特征摘要】
1.一种卫星系统组合体的惯量计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组合体中第i个部件的第一惯量的计算式为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组合体中第i个部件的第二惯量的计算式为：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定系统结构参考坐标系，其表示了各个部件相对本坐标系的安装关系，所述系统结构参考坐标系与所述系统质心坐标系三轴平行，则从系统质心指向第i个部件的质心的矢量ric的计算公式为：
5.一种卫星系统组合体的部件的惯量计算方法，已知所述组合体的惯量以及所述组合体中除第k个部件外其余各部件的惯量，所述第k个部件是所述组合体中唯一一个未知惯量的部件，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆姗姗，阳应权，赵勇，沈超慧，周苗苗，刘瑞，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：
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