微納太空飛行器推力器配置系統的製作方法

2023-06-07 14:57:56 1

本實用新型涉及微納太空飛行器領域，尤其是關於一種能夠在軌組網形成集群飛行的微納太空飛行器。

背景技術：

微納太空飛行器結構簡單、開發與發射成本低廉，且能夠在軌組網形成集群飛行，是未來太空飛行器發展的重要方向。

但是，由於微納太空飛行器本體空間狹小，使其控制能力與載荷能力均受到極大限制。因此，進一步優化本體的控制執行機構配置，以最小控制執行機構配置保證運動控制性能，進一步提高微納太空飛行器的載荷能力與任務密度，對於微納太空飛行器研製開發與在軌應用具有重要意義。

現有的微納太空飛行器本體推力器配置主要沿用傳統太空飛行器的配置方式，按自由度進行全狀態推力器配置，使每個自由度均具有推力器配置。全狀態配置的方案雖然直接保證了太空飛行器本體在每個自由度的可控，但是其冗餘性較大，因此佔用較多本體空間資源，增加了控制過程中的能源耗損。因此，該全狀態的配置方式對於本體空間狹小的微納太空飛行器適用性較差，且制約了微納太空飛行器的任務載荷配置能力。

技術實現要素：

本實用新型提供一種新的微納太空飛行器推力器配置系統。

本實用新型提供一種微納太空飛行器推力器配置系統，包括能夠用於輸入微納太空飛行器動力學飛行數據的輸入模塊、能夠根據所述動力學特性的飛行數據建立動力學模型的建模模塊、能夠獲取所述動力學模型的結構特性矩陣的矩陣獲取模塊、能夠根據所述結構特性矩陣獲取對應網絡拓撲的拓撲獲取模塊、能夠辨識出所述網絡拓撲的最小驅動節點集的節點辨識模塊、能夠輸出辨識結果的輸出模塊及能夠協調控制上述各模塊的中央處理與計算模塊，所述輸入模塊、建模模塊、矩陣獲取模塊、拓撲獲取模塊、節點辨識模塊及輸出模塊均與所述中央處理與計算模塊連接。

微納太空飛行器如微納衛星。每個所述微納太空飛行器對應多組推力器。

本實用新型的有益效果是：創造性的設置了信號連接的多個模塊，各模塊能夠根據微納太空飛行器的動力學飛行特徵依次自動進行建模、結構化和拓撲化，並通過節點辨識模塊在拓撲中辨識出最小驅動節點集，該辨識結果通過輸出模塊進行結果輸出，從而直觀有效的實現了對微納太空飛行器推力器的整體配置。

附圖說明

圖1是本實施方式微納太空飛行器推力器配置系統的結構框圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。

如圖1所示，一種微納太空飛行器推力器配置系統，包括輸入模塊、建模模塊、矩陣獲取模塊、拓撲獲取模塊、節點辨識模塊、輸出模塊及中央處理與計算模塊，該輸入模塊、建模模塊、矩陣獲取模塊、拓撲獲取模塊、節點辨識模塊及輸出模塊均與該中央處理與計算模塊連接。輸入模塊能夠供用戶輸入微納太空飛行器的軌道和姿態的動力學特性飛行數據。建模模塊能夠根據該飛行數據建立微納太空飛行器的動力學模型。矩陣獲取模塊能夠根據微納太空飛行器動力學模型狀態之間的耦合影響關係，得到該動力學模型的結構特性矩陣，該結構特性矩陣作為鄰接矩陣。拓撲獲取模塊能夠獲取與該鄰接矩陣對應的網絡拓撲。節點辨識模塊能夠辨識出該網絡拓撲的最小驅動節點集。輸出模塊能夠輸出辨識結果。中央處理與計算模塊能夠協調、控制各模塊。各模塊可以為晶片結構，各晶片化模塊信號連接。各模塊也可以由多個電路元器件組成。

通常的，以微納太空飛行器軌道運動為例，其具有徑向x、航向y和法向z自由度，通過上述節點辨識模塊，可以確定出能夠省略的自由度控制，進而確定出冗餘的推力器。對於各微納太空飛行器，其狀態通常包括位置和速度。

該配置系統的工作過程如下：a)輸入模塊接收用戶輸入的微納太空飛行器的姿態、軌道的動力學特性數據；b)建模模塊對該動力學特性進行建模分析，構建微納太空飛行器的動力學模型；c)矩陣獲取模塊在動力學模型中分析狀態之間的耦合影響關係，進而得到結構特性矩陣，該結構特性矩陣作為鄰接矩陣；d)拓撲獲取模塊根據該鄰接矩陣確定與該鄰接矩陣對應的網絡拓撲；該網絡拓撲能夠唯一表達微納太空飛行器節點相對運動動力學特性，該網絡拓撲中的各節點為微納太空飛行器的各狀態分量，網絡拓撲的各邊為各分量之間的信息流關係；每個節點對應一個自由度，每個自由度的狀態分量可以是位置和速度、姿態角和角速度；e)節點辨識模塊辨識出該網絡拓撲的最小驅動節點集；節點辨識模塊內置有算法，該算法藉助現有複雜網絡結構能控性理論的最大匹配原理，進行可控性分析，去除冗餘推力器，辨識出微納太空飛行器節點控制推力器配置的最小驅動節點集，進而得到微納太空飛行器的最小輸入的作用節點，最終得到推力器配置的數目和方向。

本實施方式中，微納太空飛行器可以安裝有多組推力器，每組推力器可以包括徑向x推力器、航向y推力器及法向z推力器，經過辨識後，如X方向冗餘，則每組的X方向推力器均可以省略。

本實施方式中，推力器的推力可以影響微納太空飛行器的速度，而速度可以影響位置，通過對速度節點的控制，來實現對微納太空飛行器的軌道、姿態的控制。

本實施方式中，推力器不僅包括氣體推進式推力器，也包括電磁推進式推力器和以飛輪作為執行機構的推力器。

以上內容是結合具體的實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限於這些說明。對於本實用新型所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換。