专利名称：一种微型姿轨控推力器阵列结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种微型姿轨控推力器阵列推力器结构。
背景技术：
随着微型卫星的发展及应用，对其高精度的姿态和轨道控制也提出了挑战，需要执行机构质量和体积小、集成度高、功耗低、可靠性高，能够提供小而精确的冲量，而微型固体推力器阵列，能够满足微型卫星姿轨控系统的要求。微型固体推力器阵列能集成高密度的微型推力器，每个推力器单元产生微小的冲量，可以实现任意的点火组合方式，进行变推力控制，这种推力器的突出优点就是可以应用于公斤级的皮卫星或纳卫星上，是一种新型的卫星控制动力装置。随着各国对微型推力器阵列的研究逐渐深入，迫切需要解决阵列的应用问题，因此对于大规模阵列的研究成为现在的研究重点。对于现在研究的阵列结构均为规整四边形的方式，此种阵列适用于姿态控制但是不适用于轨道控制，当需要的点火推力器为奇数个时，该种阵列无法满足将作用力的中心与卫星质心重合的要求，因此需要进行优化推力器结构，以适用于轨道控制。因此需要设计出既适用于姿态控制，又适用于轨道控制的推力器阵列结构。另外，对于基于微推力器阵列的推力器分配算法也是鲜有研究。
发明内容本实用新型提出了一种微型姿轨控推力器阵列结构，改善了现有推力器阵列的不适用于轨道控制的问题。该推力器阵列结构的基本生成元为正六边形，以圆周形式存在，具有中心对称性 具体布局时，在基本生成元正六边形的中心放置第一个推力器，基本生成元正六边形的六个顶点也均放置推力器，以此正六边形的边长为间隔，向外扩展衍生出其它推力器位置，它们的位置要保证所有推力器两两间隔为此边长大小，衍生的推力器个数由所需阵列规模大小决定。由此得到推力器特点是，每一个推力器都将分布在以基本生成元正六边形的中心为圆心的某个圆周上；各个圆周上均分布着6的倍数个推力器。在卫星上，推力器阵列构型可以采用正六面体的形式，在六个面上各布置一个推力器阵列，两两相对，每一对阵列控制两个自由度。当推力器需要进行姿态控制时，采用三轴解耦控制，三对阵列各自产生俯仰、偏航、滚转力矩。具体实现步骤是步骤一、获取需要产生的力矩；步骤二、根据所需力矩以及所剩的推力器所能提供力矩的情况，进行力矩分解，分解成若干执行步；步骤三、寻找最优的决策序列，每个序列步骤按照成本最低、推力器个数最少的原则进行组合，保证各个子步所需推力器组成成本最小、数量最少；步骤四、将步骤三中解得的各个序列中的推力器坐标存储到控制模块，由控制模块来控制发送点火指令，并且在每一个推力器使用完后，将其成本值设为最大值。当推力器需要进行轨道控制时，三对阵列各自产生法向、径向、轨道面法向推力。 具体实现步骤是步骤一、获取需要产生的冲量数据；步骤二、按照同一个圆周上两两相隔60°的6个推力器分成一组，对于每一个圆周上的推力器按此规则分成若干组；步骤三、将所需推力的实现分成若干序列，每个序列使中上述推力器分组中一组推力器的若干个，每个序列步骤按照成本最小、使用组数最少的原则以及所选取的推力器组合的合力必须在卫星质心上的使用组合原则对推力器进行组合，；步骤四、将步骤三中每个序列解得到推力器坐标储存在控制模块，由控制模块控制相关推力器点火；步骤五、在每一个推力器使用完后，将其成本值设为某固定值，该固定值大于所有推力器组合成本值的最大值。有益效果本实用新型设计了一种微型姿轨控推力器阵列结构，提高了阵列面积利用率，并且能够避免因算法产生推力偏心以及降低误点火的概率；得出了阵列中推力器分布规律， 能够快速找出各个推力器的坐标位置。并且设计了基于微推力器阵列的姿态控制的推力器分配过程，所用算法提高了阵列中推力器的利用率，并且准确快速地搜索出可用推力器。该实用新型还设计了微推力器阵列阵列的轨道控制的推力器分配过程，所用算法求解精确， 并实现了成本最小化，能够有效避免过早结束阵列寿命，提高阵列的利用率。
图1为本实用新型的推力器阵列分布图图2为本实用新型的推力器阵列在坐标轴上的分组示意图图3为本实用新型在姿态控制中的推力器分配算法流程图图4为本实用新型在轨道控制中的推力器分配算法流程图
具体实施方式
下面给出该种推力器阵列在实现姿态控制和轨道控制时具体使用的数学模型和算法。该推进器阵列示意图如图1所示。该推力器阵列的基本生成元为正六边形，以圆周形式存在，具有中心对称性具体布局时，在基本生成元正六边形的中心放置第一个推力器，基本生成元正六边形的六个顶点也均放置推力器，以此正六边形的边长为间隔，向外扩展衍生出其它推力器位置，它们的位置要保证所有推力器两两间隔为此边长大小，衍生的推力器个数由所需阵列规模大小决定。由此得到推力器特点是，每一个推力器都将分布在以基本生成元正六边形的中心为圆心的某个圆周上；各个圆周上均分布着6的倍数个推力器。通过旋转得到阵列坐标规律，即可得到所有圆周上推力器坐标，如表1示例。
权利要求1.一种微型姿轨控推力器阵列结构，其特征在于，其基本生成元为正六边形，以圆周形式存在，具有中心对称性具体布局时，在基本生成元正六边形的中心放置第一个推力器， 基本生成元正六边形的六个顶点也均放置推力器，以此正六边形的边长为间隔，向外扩展衍生出其它推力器位置，它们的位置要保证所有推力器两两间隔为此边长大小。
2.根据权利要求1所述的一种微型姿轨控推力器阵列结构，其特征在于，每一个推力器都分布在以基本生成元正六边形的中心为圆心的某个圆周上；各个圆周上均分布着6的倍数个推力器。
3.根据权利要求1所述的一种微型姿轨控推力器阵列结构，其特征在于，在卫星上，该推力器阵列构型采用正六面体的形式，在六个面上各布置一个推力器阵列，两两相对，每一对阵列控制两个自由度。
专利摘要本实用新型涉及一种微型姿轨控推力器阵列结构，为了改善现有推进器阵列的不适用于轨道控制的问题，提出一种推进器阵列结构，其基本生成元为正六边形，以圆周形式存在，具有中心对称性具体布局时，在基本生成元正六边形的中心放置第一个推力器，基本生成元正六边形的六个顶点也均放置推力器，以此正六边形的边长为间隔，向外扩展衍生出其它推力器位置，它们的位置要保证所有推力器两两间隔为此边长大小，衍生的推力器个数由所需阵列规模大小决定。该阵列能够避免因算法产生推力偏心，并且利用阵列中推力器的分布规律及相关的控制算法，能够快速准确找出所需的各个推力器的坐标位置，提高了阵列中推力器的利用率，能够有效避免过早结束阵列寿命。
文档编号B64G1/40GK201971169SQ20102052251
公开日2011年9月14日 申请日期2010年9月8日 优先权日2010年9月8日
发明者刘旭辉, 方蜀州, 李洪美, 王玉林, 罗莉 申请人:北京理工大学