一种卫星对接锁紧自动控制方法及系统的制作方法
【专利摘要】一种卫星对接锁紧自动控制方法及系统，所述控制方法的锁紧执行机构采用电机提供动力，并包括安装在基座上的对目标星的对接环进行抱紧和下压功能的抱紧组件、实现与目标星对接环锁紧的锁紧组件以及在锁紧执行机构与目标星接触时减少刚性撞击的阻尼机构；本发明可实现对卫星对接锁紧过程的闭环全自动控制，不需要人为参与即可自动准确完成锁紧机构对目标卫星对接环的抱紧、下压和锁紧动作，可实现全流程内对锁紧过程和状态的实时自动监控，极大提高了对卫星对接环锁紧的自动化程度和可靠性。
【专利说明】
一种卫星对接锁紧自动控制方法及系统
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种对接锁紧自动控制方法及系统，特别是用于卫星的对接锁紧自动 控制方法及系统。
【背景技术】
[0002] 受限于卫星部组件寿命、燃料、运载能力、发射以及在轨运行环境等多个因素，卫 星在从发射入轨、轨道转移、初轨部署、按计划运行、拓展运行到结束运行的全寿命过程中， 在轨故障不可避免。NASA根据2010年统计的目前在轨和未来发射的卫星情况，预计至2022 年约有203颗GE0卫星在轨需要燃料补给，包括150颗商业卫星和53颗军事卫星。ESA对GE0卫 星统计数据的分析则指出，全球平均每年都有1颗GE0航天器由于发射故障，需要从错误的 定点位置辅助转移至正确轨道，每年约有20颗GE0卫星仅由于燃料耗尽在轨失效。此外，还 不时有航天器发生机构展开失利、空间碎片碰撞损伤、部组件失效等故障，其累计数量也相 当可观。针对上述情况，需针对失效卫星或故障卫星进行在轨故障检测和判断，自主执行对 航天器的燃料加注或维修操作，根据目标卫星不同情况提供辅助飞行、模块更换等服务。在 对卫星进行服务时，首先需对目标卫星进行有效捕获和对接，与目标卫星形成相对固定的 运动和姿态关系，方便后续服务的进行。
[0003] 目前国内针对卫星对接接口的研究相对较少，尚未见关于卫星对接锁紧自动控制 方法及系统的相关报道和专利文献。
【发明内容】
[0004] 本发明的技术解决问题是：弥补现有技术的不足，提供一种用于卫星锁紧执行机 构的自动控制方法及控制系统，通过控制锁紧执行机构各部组件动作，完成对目标卫星对 接环的抱紧、下压、锁紧及释放分离等一系列任务。
[0005] 本发明的技术解决方案是：一种卫星对接锁紧自动控制方法，所述控制方法的锁 紧执行机构采用电机提供动力，并包括安装在基座上的对目标星的对接环进行抱紧和下压 功能的抱紧组件、实现与目标星对接环锁紧的锁紧组件以及在锁紧执行机构与目标星接触 时减少刚性撞击的阻尼机构;方法步骤如下：
[0006] (1)在锁紧执行机构的安装基座上周向均布三个光电式传感器，当阻尼机构起阻 尼作用并进入传感器的感应范围内时，触发光电式传感器;在安装基座上周向均布三个电 感式传感器，用于感应目标星对接环与锁紧机构的轴向最近距离;在安装基座上周向均布 三个压力传感器，用于测量阻尼机构的阻尼力；
[0007] (2)当收到上位机"自动锁紧"命令后，控制器首先检查电机状态是否处于零位，若 电机不处于零位则对电机进行回零操作；随后控制器实时监测光电传感器的触发状态，在 预设的时间范围内，当三个光电式传感器中至少两路触发时，控制器发出驱动脉冲，控制电 机转动，电机带动抱紧组件对目标卫星对接环进行抱紧和下压，转步骤(3);否则，控制器向 上位机反馈出错信息，由上位机终止本次锁紧；
[0008] (3)控制器实时监测电感式传感器的触发状态，在预设的时间范围内，当三个电感 式传感器中至少两路触发时，控制器发出驱动脉冲，控制电机转动，电机带动锁紧组件对目 标卫星对接环进行锁紧，转步骤(4);否则，进一步判断是否电机已转动满足机构抱紧和下 压运动的最大角度，若未达到最大角度且未达到预设的时间范围，则电机继续转动;若已到 达最大角度或者达到预设的时间范围，控制器停止电机动作，并向上位机反馈出错信息，由 上位机发指令通过控制器控制电机反向转动回归零位，中止锁紧任务；
[0009] (4)判断是否至少两路压力传感器的测量结果满足预紧力要求，若满足，控制器停 止电机动作，完成锁紧;否则，进一步判断是否电机已转动至机构锁紧的最大角度，若未达 到最大角度且未达到预设的时间范围，则电机继续转动;若已到达最大角度或者达到预设 的时间范围，控制器停止电机动作，并向上位机反馈出错信息，由上位机发指令通过控制器 控制电机反向转动回归零位，中止锁紧任务。
[0010] 所述步骤(2)、（3)中的驱动脉冲根据锁紧执行机构在相应阶段的行程确定，不能 超过相应阶段机构的运动范围。
[0011] 光电式传感器须准确反映目标卫星对接环与锁紧机构的相对距离，光电式传感器 触发后，代表目标卫星对接环已进入锁紧机构工作范围，锁紧机构的抱紧组件才能对目标 卫星对接环实施抱紧、下压动作；电感式传感器的感应范围即额定工作距离根据锁紧机构 的锁紧组件有效作用距离进行选择，一般取锁紧组件对目标卫星对接环锁紧时有效作用距 离的中间值土中间值X 10%，针对目标卫星对接环的电感式传感器修正系数一般为0.3。
[0012] 预设的时间范围为不超过30s。
[0013] 一种卫星对接锁紧自动控制系统，包括上位机、控制器和传感器单元;所述的传感 器单元包括在锁紧执行机构的安装基座上周向均布的三个光电式传感器，当阻尼机构起阻 尼功能时达到传感器的感应范围时，触发光电式传感器;包括在安装基座上周向均布的三 个电感式传感器，用于感应目标星对接环与锁紧机构的距离;包括在安装基座上周向均布 的三个压力传感器，用于测量阻尼机构的阻尼力；
[0014] 控制系统包括上位机控制分阶段执行模式和自动锁紧工作模式;在自动锁紧工作 模式下，上位机发出"自动锁紧"指令，执行权利要求1中的步骤(1)-(4);在分阶段执行模式 下，上位机实时监测光电传感器的触发状态，当三个光电式传感器中至少两路触发时，进入 锁紧释放过程，上位机实时监控卫星对接锁紧释放的状态，根据当前所处的状态依据锁紧 释放的先后状态顺序发送指令，由控制器接收上位机发送的指令，根据不同的指令控制锁 紧执行机构执行相应的动作，具体：
[0015] 上位机发出"对接环抱紧和下压"指令，控制器根据指令发出驱动脉冲，控制电机 转动，上位机实时监测电感式传感器的触发状态，在预设的时间范围内，当三个电感式传感 器中至少两路触发时，发送指令至控制器，控制电机停止动作；否则，进一步判断是否电机 已转动满足机构抱紧和下压运动的最大角度，若未达到最大角度且未达到预设的时间范 围，则电机继续转动，若已到达最大角度或者达到预设的时间范围，上位机发送控制指令由 控制器停止电机动作，并控制电机反向转动回归零位；
[0016] 上位机发出"对接环锁紧"指令时，上位机控制控制器发出驱动脉冲，控制电机转 动，电机带动锁紧组件对目标卫星对接环进行锁紧;上位机判断是否至少两路压力传感器 的测量结果满足预紧力要求，若满足，上位机发指令控制控制器停止电机动作;若不满足， 进一步判断是否电机已转动至机构锁紧的最大角度，若未达到最大角度且未达到预设的时 间范围，则电机继续转动;若已到达最大角度或者达到预设的时间范围，上位机发指令控制 控制器停止电机动作，并控制电机反向转动回归零位；
[0017] 上位机发"对接环分离"指令时，控制器驱动电机转动，解除对目标卫星对接环的 锁紧，在阻尼机构的预紧力的作用下将目标卫星弹出，完成快速分离，根据光电式传感器和 电感式传感器的触发状态，发送指令由控制器控制电机停止转动。
[0018] 本发明与现有技术相比有益效果为：
[0019] (1)本发明可实现对卫星对接锁紧过程的闭环全自动控制，不需要人为参与即可 自动准确完成锁紧机构对目标卫星对接环的抱紧、下压和锁紧动作，可实现全流程内对锁 紧过程和状态的实时自动监控，极大提高了对卫星对接环锁紧的自动化程度和可靠性。
[0020] (2)本发明可灵活选择采用自动锁紧工作模式或分阶段工作模式，除可对卫星对 接锁紧过程进行闭环全自动控制外，还可根据实际对接锁紧需要和对卫星其它操作需要对 卫星的锁紧和释放过程进行分阶段控制，将整个对接锁紧流程分为对接环抱紧和下压、对 接环锁紧和对接环分离等阶段，可采用上位机命令控制方式分别执行各个阶段的对接锁紧 操作，提高了对接锁紧过程的控制灵活性，可有效提高对接锁紧过程与卫星整体操作的协 同性和配合度
[0021] (3)本发明采用多传感器均匀分布的配置方式，保证了目标卫星对接环与锁紧机 构的同轴性和锁紧动作执行的位置平衡性，提高了对锁紧过程监控的准确度，并采取了三 取二的控制方式，兼顾了可靠性与容错性的需求。
[0022] (4)本发明可在不超过30s的时间内控制锁紧执行机构完成对目标卫星对接环的 锁紧过程，综合满足了目标卫星动态稳定、对接锁紧组合体控制、星地链路及卫星应急反应 策略制定及执行等多方需求，有效提高了空间目标对接锁紧的执行效率和工作效能。
【附图说明】
[0023] 图1、2为本发明所基于的锁紧执行机构示意图；
[0024] 图3为本发明所建立的锁紧执行机构控制系统示意图；
[0025]图4为本发明的实时控制流程图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图及实例对本发明做详细说明。本发明控制对象为锁紧执行机构，适 用本发明的机构组成见表1
[0027]表1锁紧执行机构组成及功能
[0028]
[0029]锁紧执行机构总体呈圆环形，外径大于目标卫星对接环直径。对接结构与服务卫 星本体通过安装支架连接。安装支架连接基座组件，传动组件在基座组件上运动，带动抱紧 组件和锁紧组件动作，完成对目标卫星对接环的抱紧、下压、锁紧与释放。弹簧阻尼器在对 接锁紧过程中产生预紧力，释放分离时在预紧力的作用下将目标卫星对接环弹出，实现与 目标卫星的分离。光电传感器共有三个，均匀分布于锁紧执行机构圆形基座上，夹角为120 度。电感式传感器共有三个，均匀分布于锁紧执行机构圆形基座上，夹角为120度。压力传感 器共有三个，均匀分布于锁紧执行机构圆形基座上，夹角为120度。主要实施方式如下：
[0030] (1)将锁紧执行机构的控制器连接电机、三组光电传感器、三组电感式传感器和三 组压力传感器，并将电机零点位置反馈信号连接到控制器输入端，如图3所示；电机的主要 功能是控制锁紧机构对目标对接环的锁紧和释放;光电传感器的主要功能是检测目标对接 环是否已进入锁紧机构工作范围；电感式传感器的主要功能是判断锁紧机构是否已具备对 目标卫星对接环的锁紧条件;压力传感器的主要功能是测量对目标卫星对接环锁紧是否已 到位，及产生的预紧力是否满足释放分离需求。
[0031] (2)将锁紧执行机构控制器通过数据通信端口与上位机相连;上位机通过与控制 器的通信接口发送指令，控制器执行相应指令;上位机根据整星任务和工作状态对整个对 接和释放过程进行全局控制；
[0032] (3)控制器对电机进行初始化操作，使电机回归零位，同时对各通信端口进行初始 化参数设置;并设置相应接口接收电机位置反馈信息，以判断电机是否工作正常或回归零 位；
[0033] (4)控制器或者上位机(在自动锁紧工作模式下为控制器;在分阶段工作模式下为 上位机)接收并对传感器数据进行判断和处理，为制定对接策略和确定对接时机提供依据， 并根据计算结果，按照对接策略需求，计算并校核电机驱动控制参数；
[0034] (5)接收并执行上位机的各类命令，当收到自动对接过程开始命令后，控制器实时 接收判断各类传感器的状态和测量信息，当光电传感器触发后，控制电机转动，启动对目标 卫星对接环的抱紧和下压过程；
[0035] (6)当处于上位机分阶段控制模式时，上位机实时接收并判断各类传感器的状态 和测量信息，控制器接收到上位机命令后只执行对电机的驱动动作。
[0036] (7)当电感式传感器触发后，表明锁紧执行机构已具备对目标卫星对接环的锁紧 条件，控制器发出驱动脉冲控制电机转动，对目标卫星对接环进行锁紧。使目标星与服务飞 行器形成刚性连接；
[0037] (8)当上位机发出释放命令或锁紧中止命令，控制器接到命令后根据命令控制电 机运动，解除对接环锁紧，释放目标星，随后电机转动，使锁紧执行机构回归零位，等待下一 次对接任务。
[0038] 具体以图1、2所示的机构为例进行详细说明：包括安装支架27、圆环支架26、弹簧 阻尼器35、传动机构28和抱紧压紧机构，抱紧压紧机构包括转动座2、抱紧组件和压紧组件。 抱紧压紧机构以120°等角距分布固定在圆环支架上，共三组，用于抱紧和压紧目标卫星的 对接环，实现捕获卫星和目标卫星的刚性连接。圆环支架26包括下圆盘和上圆盘。
[0039] 抱紧组件包括：由连接部和压紧板组成的压紧部件1、十字销轴5、平移导轨7和运 动转接件8，压紧组件包括:压板6、顶杆导轨3、顶杆4和压板座9。
[0040] 连接部和运动转接件8通过燕尾槽结构相配合，连接部相对运动转接件8做径向运 动，两者采用间隙配合，实现压紧板对对接环的抱紧。压紧板与目标卫星对接环有相同曲 率。转动座2通过螺钉与转盘固定连接，在转盘的带动下绕圆环支架26做周向运动，平移导 轨7通过螺钉固定在上圆盘的固定环的凹槽上，作为运动转接件8轴向运动的直线导轨。 [0041]在地面原理样机阶段，控制系统使用ARM11处理器，能够提供四个伺服轴并加一个 主编码器轴的配置控制方案，也可以实现五个步进轴方式的控制。每个轴都可以通过编程 实现各类运动类型。
[0042] 控制系统的控制器主要性能如下：
[0043] >533MHz 的 ARM11 处理器
[0044] >并采用双精度浮点数据格式
[0045] >可选的伺服更新周期：125、250、500、1000及2000微秒
[0046] 羚脉冲输出频率2MHz [0047]控制器输入接口设置如下：
[0048] >数字I/O 口 0~2:分别用于三路光电传感器信号输入
[0049] >数字I/O 口 3~5:分别用于三路电感式传感器信号输入 [0050] >数字I/O 口 6~8:分别用于三路压力传感器信号输入
[0051] >数字I/O 口 9:用于检测锁紧电机回零信号
[0052] 羚数字I/O 口 10:用于检测锁紧电机报警情况
[0053] >以太网口 ：使用MC405控制器10M/100M自适应以太网口与上位机相连，用于接收 上位机命令
[0054] 控制器输出接口设置如下：
[0055] >数字I/O口 11:用于发出锁紧电机归零指令
[0056] >数字I/O 口 12:用于发出锁紧电机警报清除指令
[0057] >以太网口 ：端口设置同输入接口
[0058] >步进轴控制端口 ：使用STEP+DIRECTIONG模式，ATYPE设置为43,用于步进电机操 作控制
[0059] 根据控制系统功能，对接锁紧机构的实时控制可划分为两个任务：
[0060] 1)主任务:包括系统初始化子任务、电机驱动参数计算、电机驱动子任务。
[0061] >系统初始化子任务:主要完成系统初始化、电机零位调整、全局变量赋值、关键 参数设置等功能；
[0062] >电机驱动参数计算:根据目标相对位置计算结果，计算步进电机控制系数；
[0063] >电机驱动子任务:根据电机控制参数和上位机命令，驱动电机运动，完成对接锁 紧机构对接或释放任务。
[0064] 2)上位机通信任务:主要完成与上位机进行通信的功能，接收上位机指令并按指 令执行相应动作，并将执行结果和系统状态参数发送上位机/卫星平台，包括上位机通信和 命令执行子任务。
[0065] 锁紧执行机构的实时控制任务划分见下表：
[0066] 表2锁紧执行机构实时控制任务划分
[0068]在系统上电后首先进行电机归零操作和系统初始化操作，使电机回归零位。锁紧 电机选用AZ46AK闭环直流步进电机，最高分辨率可达lOOOOp/rJZAeAK电机具有可频繁起 动/停止、免增益调节、高可靠、低发热等特点，其区别于其它系统电机的最大特点为可设置 机械零位，且当前电机相对于零位的绝对位置可掉电不丢失。在对该电机进行零位操作时， 根据前述端口设置，需通过控制器的I/O 口向电机输出高电平脉冲，在上升沿电机将自动回 归零位，并在回归零位后向I /〇 口 〇发送状态信号，I /〇 口 〇处电平由低变高，即表示锁紧电机 已回归零位。
[0069]以套筒控制电机为例，该电机角度分辨率为0.072°，每接收一个脉冲旋转0.072°， 需电机转一整周需要360/0.072为5000脉冲，又由于控制器内部预设内分频指数为16,根据 控制器要求需发送5000X 16 = 80000脉冲才能使电机转一圈。通过控制控制器发出的脉冲 数及发送脉冲频率，即可控制电机转速、转向和转数，进而控制其连接机构的伸缩距离和旋 转角度，及伸缩和旋转速度。
[0070] 控制器通过以太网口与上位机进行连接，上位机端以太网口的默认IP地址为 192.168.0.120，子网掩码：255.255.255.0，控制器端默认IP地址为192.168.0.250，端口 号：23。以太网口使用VR变量进行数据输入，起始地址为400,默认为16bi t整型输入，VR序 列长度50。输入数据为指令代码。
[0071]根据锁紧机构设计特点，在完成抱紧和下压阶段，电机轴须从零位正向转动273.6 度，从抱紧下压到锁紧阶段须再继续正向转动263.4度，从锁紧阶段到释放须继续正向转动 143.4度，则抱紧与下压阶段的电机转动最大角度设定为273.6,锁紧阶段电机转动最大角 度设定为537度，释放阶段电机转动最大角度设定为680.4度。
[0072] 表3对接锁紧机构VR控制命令列表
[0074]如图4所示，全流程自动控制的具体控制过程如下：
[0075] (1)当收到上位机"自动锁紧"命令后，控制器首先根据电机状态反馈判断电机是 否处于零位，若电机处于零位，则开始实时判断光电传感器测量值，等待三个光电式传感器 中至少两路触发;否则首先对电机进行回零操作，使电机回归零位，再对传感器状态进行实 时监测
[0076] (2)当三个光电式传感器中有两路以上信号触发时，控制器发出驱动脉冲，控制锁 紧电机正向转动，此时预设时间为30s，电机最大转动角度为273.6度，若电机运动超出预设 时间或电机转动角度超过最大转动角度限制，则控制器控制电机停止转动，并向上位机发 送出错信息;上位机收到出错信息后，发送中止锁紧命令，控制器对电机进行回零操作。
[0077] (3)在上述步骤（2)的进行过程中，控制器实时判断电感式传感器的状态，等待三 个电感式传感器中至少两路触发后，控制器控制电机停止转动，表示完成抱紧和下压动作。 [0078] (4)当三个电感式传感器中有两路以上信号触发时，控制器发出驱动脉冲，控制电 机继续正向转动，转动组件带动锁紧组件完成对目标卫星对接环的锁紧，，此时预设时间为 30s，电机最大转动角度为537度，若电机运动超出预设时间或电机转动角度超过最大转动 角度限制，则控制器控制电机停止转动，并向上位机发送出错信息；上位机收到出错信息 后，发送中止锁紧命令，控制器对电机进行回零操作。
[0079] (5)在上述步骤(4)的进行过程中，控制器实时判断压力传感器的测量值，等待三 个压力传感器中至少两路的测量值达到锁紧阈值门限要求，控制器控制电机停止转动，表 示完成锁紧动作。
[0080]分阶段控制的具体控制过程如下：
[0081 ] (1)控制器将所有传感器状态和测量信息实时发送给上位机，上位机对各传感器 状态进行实时监测，根据不同阶段控制需求，对控制器发送控制命令，控制电机动作。
[0082] (2)上位机实时监测光电传感器的触发状态，当三个光电式传感器中至少两路触 发时，上位机发出"对接环抱紧和下压"指令给控制器;控制器接收到上位机命令后，根据指 令发出驱动脉冲，控制电机正向转动，电机最大转动角度为273.6度。
[0083] (3)上位机实时监测电感式传感器的触发状态，在预设的时间范围内，当三个电感 式传感器中至少两路触发时，发送"电机停止"指令至控制器，控制电机停止动作，此时对接 环抱紧与下压动作以执行完毕。
[0084] (4)若没有至少两路电感式传感器触发，进一步判断是否电机已转动满足机构抱 紧和下压运动的最大角度，若未达到最大角度且未达到预设的时间范围，则电机继续转动， 若已到达最大角度或者达到预设的时间范围，上位机发送"中止锁紧"控制指令给控制器； 控制器接收到该命令后控制电机停止动作，并控制电机反向转动回归零位。
[0085] (5)完成对目标卫星对接环的抱紧和下压后，上位机发出"对接环锁紧"指令，控制 器接收到该命令后发出驱动脉冲，控制电机转动，此时电机最大转动角度设定为537度。 [0086] (6)上位机实时判断是否至少两路压力传感器的测量结果满足预紧力要求，若满 足，上位机发出"电机停止"指令控制控制器停止电机动作;若不满足，进一步判断是否电机 已转动至机构锁紧的最大角度，若未达到最大角度且未达到预设的时间范围，则电机继续 转动;若已到达最大角度或者达到预设的时间范围，上位机发送"中止锁紧"指令控制控制 器停止电机动作，并控制电机反向转动回归零位。
[0087] (7)完成对接环锁紧后，在锁紧执行机构需要与目标卫星对接环分离的时候，上位 机发送"对接环分离"指令给控制器，控制器驱动电机继续正向转动，解除对目标卫星对接 环的锁紧，在阻尼机构的预紧力的作用下锁紧执行机构将目标卫星弹出，完成与目标卫星 的分离。
[0088] (8)上位机实时监测光电式传感器和电感式传感器的触发状态，在目标卫星与锁 紧执行机构分离后，光电式传感器和电感式传感器中均有至少两个处于"未触发"状态，此 时表明与目标卫星已成功分离，上位机发送"电机停止"指令由控制器控制电机停止转动， 并控制电机回归零位。
[0089]本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
【主权项】
1. 一种卫星对接锁紧自动控制方法，所述控制方法的锁紧执行机构采用电机提供动 力，并包括安装在基座上的对目标星的对接环进行抱紧和下压功能的抱紧组件、实现与目 标星对接环锁紧的锁紧组件以及在锁紧执行机构与目标星接触时减少刚性撞击的阻尼机 构;其特征在于： (1) 在锁紧执行机构的安装基座上周向均布三个光电式传感器，当阻尼机构起阻尼作 用并进入传感器的感应范围内时，触发光电式传感器;在安装基座上周向均布三个电感式 传感器，用于感应目标星对接环与锁紧机构的轴向最近距离;在安装基座上周向均布三个 压力传感器，用于测量阻尼机构的阻尼力； (2) 当收到上位机"自动锁紧"命令后，控制器首先检查电机状态是否处于零位，若电机 不处于零位则对电机进行回零操作；随后控制器实时监测光电传感器的触发状态，在预设 的时间范围内，当三个光电式传感器中至少两路触发时，控制器发出驱动脉冲，控制电机转 动，电机带动抱紧组件对目标卫星对接环进行抱紧和下压，转步骤(3);否则，控制器向上位 机反馈出错信息，由上位机终止本次锁紧； (3) 控制器实时监测电感式传感器的触发状态，在预设的时间范围内，当三个电感式传 感器中至少两路触发时，控制器发出驱动脉冲，控制电机转动，电机带动锁紧组件对目标卫 星对接环进行锁紧，转步骤(4);否则，进一步判断是否电机已转动满足机构抱紧和下压运 动的最大角度，若未达到最大角度且未达到预设的时间范围，则电机继续转动;若已到达最 大角度或者达到预设的时间范围，控制器停止电机动作，并向上位机反馈出错信息，由上位 机发指令通过控制器控制电机反向转动回归零位，中止锁紧任务； (4) 判断是否至少两路压力传感器的测量结果满足预紧力要求，若满足，控制器停止电 机动作，完成锁紧;否则，进一步判断是否电机已转动至机构锁紧的最大角度，若未达到最 大角度且未达到预设的时间范围，则电机继续转动;若已到达最大角度或者达到预设的时 间范围，控制器停止电机动作，并向上位机反馈出错信息，由上位机发指令通过控制器控制 电机反向转动回归零位，中止锁紧任务。2. 根据权利要求1所述的一种卫星对接锁紧自动控制方法，其特征在于:所述步骤(2)、 (3)中的驱动脉冲根据锁紧执行机构在相应阶段的行程确定，不能超过相应阶段机构的运 动范围。3. 根据权利要求1所述的一种卫星对接锁紧自动控制方法，其特征在于:光电式传感器 须准确反映目标卫星对接环与锁紧机构的相对距离，光电式传感器触发后，代表目标卫星 对接环已进入锁紧机构工作范围，锁紧机构的抱紧组件才能对目标卫星对接环实施抱紧、 下压动作；电感式传感器的感应范围即额定工作距离根据锁紧机构的锁紧组件有效作用距 离进行选择，一般取锁紧组件对目标卫星对接环锁紧时有效作用距离的中间值土中间值X 10%，针对目标卫星对接环的电感式传感器修正系数一般为0.3。4. 根据权利要求1所述的一种卫星对接锁紧自动控制方法，其特征在于:预设的时间范 围为不超过30s。5. -种卫星对接锁紧自动控制系统，其特征在于:包括上位机、控制器和传感器单元； 所述的传感器单元包括在锁紧执行机构的安装基座上周向均布的三个光电式传感器，当阻 尼机构起阻尼功能时达到传感器的感应范围时，触发光电式传感器;包括在安装基座上周 向均布的三个电感式传感器，用于感应目标星对接环与锁紧机构的距离;包括在安装基座 上周向均布的三个压力传感器，用于测量阻尼机构的阻尼力； 控制系统包括上位机控制分阶段执行模式和自动锁紧工作模式;在自动锁紧工作模式 下，上位机发出"自动锁紧"指令，执行权利要求1中的步骤（1)-(4);在分阶段执行模式下， 上位机实时监测光电传感器的触发状态，当三个光电式传感器中至少两路触发时，进入锁 紧释放过程，上位机实时监控卫星对接锁紧释放的状态，根据当前所处的状态依据锁紧释 放的先后状态顺序发送指令，由控制器接收上位机发送的指令，根据不同的指令控制锁紧 执行机构执行相应的动作，具体： 上位机发出"对接环抱紧和下压"指令，控制器根据指令发出驱动脉冲，控制电机转动， 上位机实时监测电感式传感器的触发状态，在预设的时间范围内，当三个电感式传感器中 至少两路触发时，发送指令至控制器，控制电机停止动作；否则，进一步判断是否电机已转 动满足机构抱紧和下压运动的最大角度，若未达到最大角度且未达到预设的时间范围，则 电机继续转动，若已到达最大角度或者达到预设的时间范围，上位机发送控制指令由控制 器停止电机动作，并控制电机反向转动回归零位； 上位机发出"对接环锁紧"指令时，上位机控制控制器发出驱动脉冲，控制电机转动，电 机带动锁紧组件对目标卫星对接环进行锁紧;上位机判断是否至少两路压力传感器的测量 结果满足预紧力要求，若满足，上位机发指令控制控制器停止电机动作;若不满足，进一步 判断是否电机已转动至机构锁紧的最大角度，若未达到最大角度且未达到预设的时间范 围，则电机继续转动;若已到达最大角度或者达到预设的时间范围，上位机发指令控制控制 器停止电机动作，并控制电机反向转动回归零位； 上位机发"对接环分离"指令时，控制器驱动电机转动，解除对目标卫星对接环的锁紧， 在阻尼机构的预紧力的作用下将目标卫星弹出，完成快速分离，根据光电式传感器和电感 式传感器的触发状态，发送指令由控制器控制电机停止转动。
【文档编号】B64G1/64GK106005488SQ201610335263
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】庞羽佳, 李志 , 黄剑斌, 蒙波, 韩旭, 张晓莹
【申请人】中国空间技术研究院