CN109443813B - 卫星电推进矢量调节机构转动测试方法 - Google Patents

卫星电推进矢量调节机构转动测试方法 Download PDF

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卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，涉及航天器的地面测试领域；包括如下步骤：步骤一、建立矢量调节机构坐标系oxy；步骤二、对矢量调节机构转动进行测试；步骤三、对矢量调节机构限位能力进行测试；步骤四、测试矢量调节机构的旋变故障自主处理能力；步骤五、将矢量调节机构调解至初始角度(x0，y0)，完成矢量调节机构的测试；本发明验证了矢量调节机构的双轴指向运动性能满足指向角度范围及精度要求，并具有避免活动部件大角度转动干涉非活动部件的软限位能力和旋变掉电故障下的自主故障处理能力。

Description

卫星电推进矢量调节机构转动测试方法
技术领域
本发明涉及一种航天器的地面测试领域，特别是一种卫星电推进矢量调节机构转动测试方法。
背景技术
电推进推力器作为一种高比冲推力器，是目前国际上应用颇为广泛的一种提高卫星有效载荷承载能力、延长卫星工作寿命的执行机构，我国通信卫星领域的新一代东方红五号卫星平台和全电推进卫星平台都配置了电推进推力器作为推进***方案。为在主动段和转移轨道段为电推进推力器提供足够的支撑和保护作用，并减小卫星整个寿命期间电推进推力器点火过程中推力偏离卫星质心造成的干扰，每一台电推进推力器都配置了一台双轴指向的矢量调节机构装置，用于提供推力器二维的指向调节。
矢量调节机构的二维指向调节功能通过结构相同的串联双轴结构实现，单轴结构的驱动单元采用步进电机+谐波齿轮方案，测角单元采用旋转变压器实现，可以向控制单元提供推力器安装位置和运动方向测量信号。由于电推力器结构自身质量较大，因此在非真空环境下，推力器重力力矩的影响将导致矢量调节机构受到的驱动力矩方向明显偏离目标方向。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，验证了矢量调节机构的双轴指向运动性能满足指向角度范围及精度要求，并具有避免活动部件大角度转动干涉非活动部件的软限位能力和旋变掉电故障下的自主故障处理能力。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，包括如下步骤：
步骤一、建立矢量调节机构坐标系oxy；
步骤二、对矢量调节机构转动进行测试；
S1：记录矢量调节机构在矢量调节机构坐标系下的初始角度，计为(x0，y0)；x0＞0°，y0＞0°；
S2：向矢量调节机构发送脉冲指令，令矢量调节机构在x方向旋转0.9°，在y方向旋转0.9°；并进行验证；
S3：发送转动到(0°，0°)的指令至矢量调节机构；将矢量调节机构旋转到矢量调节机构坐标系oxy中的(0°，0°)位置；并进行验证；
S4：测试矢量调节机构的典型工作转动角度；
步骤三、对矢量调节机构限位能力进行测试；
S1：设定矢量调节机构的x方向的转动限位角度为xmax，y方向的转动限位角度为ymax；xmax＞20°；ymax＞20°；
S2：对矢量调节机构x方向的限位能力进行测试；并进行验证；
S3：对矢量调节机构y方向的限位能力进行测试；并进行验证；
步骤四、测试矢量调节机构的旋变故障自主处理能力；
S1：发送转动到(x2，y2)的指令至矢量调节机构；x2＞0°，且x2≠xmax；y2＞0°，且y2≠ymax；并在矢量调节机构转动过程中断电，进行第一次检验；
S2：给矢量调节机构加电，进行第二次检验；
步骤五、将矢量调节机构调解至初始角度(x0，y0)，完成矢量调节机构的测试。
在上述的卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，所述步骤一中，矢量调节机构坐标系的建立方法为：原点o位于矢量调节机构外部推力器驱动板基准镜中心；ox正方向为平行于矢量调节机构上轴中心轴线，远离基准孔的方向；oy正方向为与矢量调节机构外部推力器驱动板垂直，且指向矢量调节机构驱动板法向的方向；矢量调节机构坐标系的单位为旋转角度°。
在上述的卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，所述步骤二S2中，每个脉冲控制矢量调节机构的旋转角度为0.00125°。
在上述的卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，所述步骤二S2中，验证的方法为：通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构的实际转动角度；当实际转动角度与S2中0.9°的误差在-0.02°和+0.02°之间时，认为通过测试；否则认为转动故障。
在上述的卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，所述步骤二S3中，验证的方法为：通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构此刻的角度位置；当矢量调节机构此刻的角度位置与(0°，0°)的误差在-0.02°和+0.02°之间时，认为通过测试；否则认为转动故障。
在上述的卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，所述步骤二S4中，测试矢量调节机构的典型工作转动角度的方法为：
发送转动到(6.5°，0°)的指令至矢量调节机构，将矢量调节机构沿x方向旋转至6.5°；并通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构x方向的实际角度位置；当实际角度位置与6.5°的误差在-0.02°和+0.02°之间时，认为通过测试；否则认为转动故障；
发送转动到(6.5°，6.5°)的指令至矢量调节机构，将矢量调节机构沿y方向旋转至6.5°；并通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构y方向的实际角度位置；当实际角度位置与6.5°的误差在-0.02°和+0.02°之间时，认为通过测试；否则认为转动故障；
发送转动到(20°，20°)的指令至矢量调节机构，将矢量调节机构沿x方向旋转至20°；沿y方向旋转至20°；并通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构x、y方向的实际角度位置；当实际角度位置与20°的误差在-0.02°和+0.02°之间时，认为通过测试；否则认为转动故障。
在上述的卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，所述步骤三S2中，对矢量调节机构x方向的限位能力进行测试的方法为：发送转动到(xmax+3°，y1)的指令至矢量调节机构；0°＜y1≤ymax；将矢量调节机构旋转到矢量调节机构坐标系oxy中的(xmax+3°，y1)位置；验证的方法为：通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构x方向的实际角度位置；当实际角度位置与xmax的误差在-0.02°和+0.02°之间时，认为通过测试；否则认为转动故障。
在上述的卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，所述步骤三S3中，对矢量调节机构y方向的限位能力进行测试的方法为：向矢量调节机构发送脉冲指令，实现矢量调节机构在y方向旋转至ymax+3°的位置；验证的方法为：通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构y方向的实际角度位置；当实际角度位置与ymax的误差在-0.02°和+0.02°之间，且矢量调节机构到达(xmax，ymax)后不再转动，认为通过测试；否则认为转动故障。
在上述的卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，所述步骤四的S1中，第一次检验的方法为：矢量调节机构在未转动到(x2，y2)位置时断电，矢量调节机构是否继续旋转；当矢量调节机构立即停止，则通过测试；当矢量调节机构继续旋转，则认为转动故障。
在上述的卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，所述步骤四的S2中，第二次检验的方法为：重新上电后，当矢量调节机构保持故障时状态不动，认为通过测试；当矢量调节机构继续旋转，则认为转动故障。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明证了矢量调节机构的双轴指向运动性能满足指向角度范围及精度要求，并具有避免活动部件大角度转动干涉非活动部件的软限位能力和旋变掉电故障下的故障自主处理能力，提高了地面测试的有效性，保证了卫星功能正常；
(2)本发明只需用到卸载工装即可实现非真空环境下的矢量调节机构性能测试，无需严格的真空测试环境，实施方便，具有可靠性高、可操作性强、灵活性强等优势；
(3)本发明应用面广、可推广性强，现有的大部分采用电推进技术的卫星平台都采用了双轴驱动的矢量调节机构方案，本方法均可适用于这些平台的电性能测试。
附图说明
图1为本发明测试方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明提供一种卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，实现对矢量调节机构的X轴和Y轴进行单轴及双轴并行的转动测试、验证机构的限位功能、验证机构的故障自主处理功能的测试。在转动测试时，同时通过卫星遥测***下传矢量调节机构旋变测角遥测信号及测试人员现场观测矢量调节机构转动角度的方式验证机构的转动效果。
如图1所示为测试方法流程图，由图可知，卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，包括如下步骤：
步骤一、建立矢量调节机构坐标系oxy；矢量调节机构坐标系的建立方法为：原点o位于矢量调节机构外部推力器驱动板基准镜中心；ox正方向为平行于矢量调节机构上轴中心轴线，远离基准孔的方向；oy正方向为与矢量调节机构外部推力器驱动板垂直，且指向矢量调节机构驱动板法向的方向；矢量调节机构坐标系的单位为旋转角度°。
步骤二、对矢量调节机构转动进行测试；
S1：记录矢量调节机构在矢量调节机构坐标系下的初始角度，计为(x0，y0)；x0＞0°，y0＞0°；
S2：向矢量调节机构发送脉冲指令，令矢量调节机构在x方向旋转0.9°，在y方向旋转0.9°；每个脉冲控制矢量调节机构的旋转角度为0.00125°。并进行验证；验证的方法为：通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构的实际转动角度；当实际转动角度与S2中0.9°的误差在-0.02°和+0.02°之间时，认为通过测试；否则认为转动故障。
S3：发送转动到(0°，0°)的指令至矢量调节机构；将矢量调节机构旋转到矢量调节机构坐标系oxy中的(0°，0°)位置；并进行验证；验证的方法为：通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构此刻的角度位置；当矢量调节机构此刻的角度位置与(0°，0°)的误差在-0.02°和+0.02°之间时，认为通过测试；否则认为转动故障。
S4：测试矢量调节机构的典型工作转动角度；
测试矢量调节机构的典型工作转动角度的方法为：
发送转动到(6.5°，0°)的指令至矢量调节机构，将矢量调节机构沿x方向旋转至6.5°；并通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构x方向的实际角度位置；当实际角度位置与6.5°的误差在-0.02°和+0.02°之间时，认为通过测试；否则认为转动故障；
发送转动到(6.5°，6.5°)的指令至矢量调节机构，将矢量调节机构沿y方向旋转至6.5°；并通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构y方向的实际角度位置；当实际角度位置与6.5°的误差在-0.02°和+0.02°之间时，认为通过测试；否则认为转动故障；
发送转动到(20°，20°)的指令至矢量调节机构，将矢量调节机构沿x方向旋转至20°；沿y方向旋转至20°；并通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构x、y方向的实际角度位置；当实际角度位置与20°的误差在-0.02°和+0.02°之间时，认为通过测试；否则认为转动故障。
步骤三、对矢量调节机构限位能力进行测试；
S1：设定矢量调节机构的x方向的转动限位角度为xmax，y方向的转动限位角度为ymax；xmax＞20°；ymax＞20°；
S2：对矢量调节机构x方向的限位能力进行测试；并进行验证；
对矢量调节机构x方向的限位能力进行测试的方法为：发送转动到(xmax+3°，y1)的指令至矢量调节机构；0°＜y1≤ymax；将矢量调节机构旋转到矢量调节机构坐标系oxy中的(xmax+3°，y1)位置；验证的方法为：通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构x方向的实际角度位置；当实际角度位置与xmax的误差在-0.02°和+0.02°之间时，认为通过测试；否则认为转动故障。
S3：对矢量调节机构y方向的限位能力进行测试；并进行验证；
对矢量调节机构y方向的限位能力进行测试的方法为：向矢量调节机构发送脉冲指令，实现矢量调节机构在y方向旋转至ymax+3°的位置；验证的方法为：通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构y方向的实际角度位置；当实际角度位置与ymax的误差在-0.02°和+0.02°之间，且矢量调节机构到达(xmax，ymax)后不再转动，认为通过测试；否则认为转动故障。
步骤四、测试矢量调节机构的旋变故障自主处理能力；
S1：发送转动到(x2，y2)的指令至矢量调节机构；x2＞0°，且x2≠xmax；y2＞0°，且y2≠ymax；并在矢量调节机构转动过程中断电，进行第一次检验；第一次检验的方法为：矢量调节机构在未转动到(x2，y2)位置时断电，矢量调节机构是否继续旋转；当矢量调节机构立即停止，则通过测试；当矢量调节机构继续旋转，则认为转动故障。
S2：给矢量调节机构加电，进行第二次检验；
第二次检验的方法为：重新上电后，当矢量调节机构保持故障时状态不动，认为通过测试；当矢量调节机构继续旋转，则认为转动故障。
步骤五、将矢量调节机构调解至初始角度(x0，y0)，完成矢量调节机构的测试。发送转动到(x0，y0)的指令给矢量调节机构；并通过外部遥测卫星获得到达(x0，y0)的±0.02°有效误差范围内，且现场操作人员目测确认矢量调节机构已经到达锁紧位，确认操作正确。否则不正确，根据当前实际角度与锁紧位角度的目测偏差值，以每脉冲步对应0.00125°的规则计算脉冲转动指令所带参数值，发送按脉冲转动指令，直到矢量调节机构到达锁紧位，记录x轴及y轴的最终旋变测角信号值。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、建立矢量调节机构坐标系oxy；
步骤二、对矢量调节机构转动进行测试；
S1：记录矢量调节机构在矢量调节机构坐标系下的初始角度，计为(x0，y0)；x0＞0°，y0＞0°；
S2：向矢量调节机构发送脉冲指令，令矢量调节机构在x方向旋转0.9°，在y方向旋转0.9°；并进行验证；
S3：发送转动到(0°，0°)的脉冲指令至矢量调节机构；将矢量调节机构旋转到矢量调节机构坐标系oxy中的(0°，0°)位置；并进行验证；
S4：测试矢量调节机构的典型工作转动角度；
步骤三、对矢量调节机构限位能力进行测试；
S1：设定矢量调节机构的x方向的转动限位角度为xmax，y方向的转动限位角度为ymax；xmax＞20°；ymax＞20°；
S2：对矢量调节机构x方向的限位能力进行测试；并进行验证；
S3：对矢量调节机构y方向的限位能力进行测试；并进行验证；
步骤四、测试矢量调节机构的旋变故障自主处理能力；
S1：发送转动到(x2，y2)的脉冲指令至矢量调节机构；x2＞0°，且x2≠xmax；y2＞0°，且y2≠ymax；并在矢量调节机构转动过程中断电，进行第一次检验；
S2：给矢量调节机构加电，进行第二次检验；
步骤五、将矢量调节机构调解至初始角度(x0，y0)，完成矢量调节机构的测试。
2.根据权利要求1所述的卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，其特征在于：所述步骤一中，矢量调节机构坐标系的建立方法为：原点o位于矢量调节机构外部推力器驱动板基准镜中心；ox正方向为平行于矢量调节机构上轴中心轴线，远离基准孔的方向；oy正方向为与矢量调节机构外部推力器驱动板垂直，且指向矢量调节机构驱动板法向的方向；矢量调节机构坐标系的单位为旋转角度°。
3.根据权利要求2所述的卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，其特征在于：所述步骤二S2中，每个脉冲指令控制矢量调节机构的旋转角度为0.00125°。
4.根据权利要求3所述的卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，其特征在于：所述步骤二S2中，验证的方法为：通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构的实际转动角度；当实际转动角度与S2中0.9°的误差在-0.02°和+0.02°之间时，认为通过测试；否则认为转动故障。
5.根据权利要求4所述的卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，其特征在于：所述步骤二S3中，验证的方法为：通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构此刻的角度位置；当矢量调节机构此刻的角度位置与(0°，0°)的误差在-0.02°和+0.02°之间时，认为通过测试；否则认为转动故障。
6.根据权利要求5所述的卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，其特征在于：所述步骤二S4中，测试矢量调节机构的典型工作转动角度的方法为：
发送转动到(6.5°，0°)的脉冲指令至矢量调节机构，将矢量调节机构沿x方向旋转至6.5°；并通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构x方向的实际角度位置；当实际角度位置与6.5°的误差在-0.02°和+0.02°之间时，认为通过测试；否则认为转动故障；
发送转动到(6.5°，6.5°)的脉冲指令至矢量调节机构，将矢量调节机构沿y方向旋转至6.5°；并通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构y方向的实际角度位置；当实际角度位置与6.5°的误差在-0.02°和+0.02°之间时，认为通过测试；否则认为转动故障；
发送转动到(20°，20°)的脉冲指令至矢量调节机构，将矢量调节机构沿x方向旋转至20°；沿y方向旋转至20°；并通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构x、y方向的实际角度位置；当实际角度位置与20°的误差在-0.02°和+0.02°之间时，认为通过测试；否则认为转动故障。
7.根据权利要求6所述的卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，其特征在于：所述步骤三S2中，对矢量调节机构x方向的限位能力进行测试的方法为：发送转动到(xmax+3°，y1)的脉冲指令至矢量调节机构；0°＜y1≤ymax；将矢量调节机构旋转到矢量调节机构坐标系oxy中的(xmax+3°，y1)位置；验证的方法为：通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构x方向的实际角度位置；当实际角度位置与xmax的误差在-0.02°和+0.02°之间时，认为通过测试；否则认为转动故障。
8.根据权利要求7所述的卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，其特征在于：所述步骤三S3中，对矢量调节机构y方向的限位能力进行测试的方法为：向矢量调节机构发送脉冲指令，实现矢量调节机构在y方向旋转至ymax+3°的位置；验证的方法为：通过外部遥测卫星***接收矢量调节机构y方向的实际角度位置；当实际角度位置与ymax的误差在-0.02°和+0.02°之间，且矢量调节机构到达(xmax，ymax)后不再转动，认为通过测试；否则认为转动故障。
9.根据权利要求8所述的卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，其特征在于：所述步骤四的S1中，第一次检验的方法为：矢量调节机构在未转动到(x2，y2)位置时断电，矢量调节机构是否继续旋转；当矢量调节机构立即停止，则通过测试；当矢量调节机构继续旋转，则认为转动故障。
10.根据权利要求9所述的卫星电推进矢量调节机构转动测试方法，其特征在于：所述步骤四的S2中，第二次检验的方法为：重新上电后，当矢量调节机构保持故障时状态不动，认为通过测试；当矢量调节机构继续旋转，则认为转动故障。
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