一種衛(wèi)星對接鎖緊自動控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種衛(wèi)星對接鎖緊自動控制方法及系統(tǒng)，所述控制方法的鎖緊執(zhí)行機構采用電機提供動力，并包括安裝在基座上的對目標星的對接環(huán)進行抱緊和下壓功能的抱緊組件、實現與目標星對接環(huán)鎖緊的鎖緊組件以及在鎖緊執(zhí)行機構與目標星接觸時減少剛性撞擊的阻尼機構；本發(fā)明可實現對衛(wèi)星對接鎖緊過程的閉環(huán)全自動控制，不需要人為參與即可自動準確完成鎖緊機構對目標衛(wèi)星對接環(huán)的抱緊、下壓和鎖緊動作，可實現全流程內對鎖緊過程和狀態(tài)的實時自動監(jiān)控，極大提高了對衛(wèi)星對接環(huán)鎖緊的自動化程度和可靠性。
【專利說明】
一種衛(wèi)星對接鎖緊自動控制方法及系統(tǒng)
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種對接鎖緊自動控制方法及系統(tǒng)，特別是用于衛(wèi)星的對接鎖緊自動 控制方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 受限于衛(wèi)星部組件壽命、燃料、運載能力、發(fā)射以及在軌運行環(huán)境等多個因素，衛(wèi) 星在從發(fā)射入軌、軌道轉移、初軌部署、按計劃運行、拓展運行到結束運行的全壽命過程中， 在軌故障不可避免。NASA根據2010年統(tǒng)計的目前在軌和未來發(fā)射的衛(wèi)星情況，預計至2022 年約有203顆GE0衛(wèi)星在軌需要燃料補給，包括150顆商業(yè)衛(wèi)星和53顆軍事衛(wèi)星。ESA對GE0衛(wèi) 星統(tǒng)計數據的分析則指出，全球平均每年都有1顆GE0航天器由于發(fā)射故障，需要從錯誤的 定點位置輔助轉移至正確軌道，每年約有20顆GE0衛(wèi)星僅由于燃料耗盡在軌失效。此外，還 不時有航天器發(fā)生機構展開失利、空間碎片碰撞損傷、部組件失效等故障，其累計數量也相 當可觀。針對上述情況，需針對失效衛(wèi)星或故障衛(wèi)星進行在軌故障檢測和判斷，自主執(zhí)行對 航天器的燃料加注或維修操作，根據目標衛(wèi)星不同情況提供輔助飛行、模塊更換等服務。在 對衛(wèi)星進行服務時，首先需對目標衛(wèi)星進行有效捕獲和對接，與目標衛(wèi)星形成相對固定的 運動和姿態(tài)關系，方便后續(xù)服務的進行。
[0003] 目前國內針對衛(wèi)星對接接口的研究相對較少，尚未見關于衛(wèi)星對接鎖緊自動控制 方法及系統(tǒng)的相關報道和專利文獻。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的技術解決問題是：彌補現有技術的不足，提供一種用于衛(wèi)星鎖緊執(zhí)行機 構的自動控制方法及控制系統(tǒng)，通過控制鎖緊執(zhí)行機構各部組件動作，完成對目標衛(wèi)星對 接環(huán)的抱緊、下壓、鎖緊及釋放分離等一系列任務。
[0005] 本發(fā)明的技術解決方案是：一種衛(wèi)星對接鎖緊自動控制方法，所述控制方法的鎖 緊執(zhí)行機構采用電機提供動力，并包括安裝在基座上的對目標星的對接環(huán)進行抱緊和下壓 功能的抱緊組件、實現與目標星對接環(huán)鎖緊的鎖緊組件以及在鎖緊執(zhí)行機構與目標星接觸 時減少剛性撞擊的阻尼機構;方法步驟如下：
[0006] (1)在鎖緊執(zhí)行機構的安裝基座上周向均布三個光電式傳感器，當阻尼機構起阻 尼作用并進入傳感器的感應范圍內時，觸發(fā)光電式傳感器;在安裝基座上周向均布三個電 感式傳感器，用于感應目標星對接環(huán)與鎖緊機構的軸向最近距離;在安裝基座上周向均布 三個壓力傳感器，用于測量阻尼機構的阻尼力；
[0007] (2)當收到上位機"自動鎖緊"命令后，控制器首先檢查電機狀態(tài)是否處于零位，若 電機不處于零位則對電機進行回零操作；隨后控制器實時監(jiān)測光電傳感器的觸發(fā)狀態(tài)，在 預設的時間范圍內，當三個光電式傳感器中至少兩路觸發(fā)時，控制器發(fā)出驅動脈沖，控制電 機轉動，電機帶動抱緊組件對目標衛(wèi)星對接環(huán)進行抱緊和下壓，轉步驟(3);否則，控制器向 上位機反饋出錯信息，由上位機終止本次鎖緊；
[0008] (3)控制器實時監(jiān)測電感式傳感器的觸發(fā)狀態(tài)，在預設的時間范圍內，當三個電感 式傳感器中至少兩路觸發(fā)時，控制器發(fā)出驅動脈沖，控制電機轉動，電機帶動鎖緊組件對目 標衛(wèi)星對接環(huán)進行鎖緊，轉步驟(4);否則，進一步判斷是否電機已轉動滿足機構抱緊和下 壓運動的最大角度，若未達到最大角度且未達到預設的時間范圍，則電機繼續(xù)轉動;若已到 達最大角度或者達到預設的時間范圍，控制器停止電機動作，并向上位機反饋出錯信息，由 上位機發(fā)指令通過控制器控制電機反向轉動回歸零位，中止鎖緊任務；
[0009] (4)判斷是否至少兩路壓力傳感器的測量結果滿足預緊力要求，若滿足，控制器停 止電機動作，完成鎖緊;否則，進一步判斷是否電機已轉動至機構鎖緊的最大角度，若未達 到最大角度且未達到預設的時間范圍，則電機繼續(xù)轉動;若已到達最大角度或者達到預設 的時間范圍，控制器停止電機動作，并向上位機反饋出錯信息，由上位機發(fā)指令通過控制器 控制電機反向轉動回歸零位，中止鎖緊任務。
[0010] 所述步驟(2)、（3)中的驅動脈沖根據鎖緊執(zhí)行機構在相應階段的行程確定，不能 超過相應階段機構的運動范圍。
[0011] 光電式傳感器須準確反映目標衛(wèi)星對接環(huán)與鎖緊機構的相對距離，光電式傳感器 觸發(fā)后，代表目標衛(wèi)星對接環(huán)已進入鎖緊機構工作范圍，鎖緊機構的抱緊組件才能對目標 衛(wèi)星對接環(huán)實施抱緊、下壓動作；電感式傳感器的感應范圍即額定工作距離根據鎖緊機構 的鎖緊組件有效作用距離進行選擇，一般取鎖緊組件對目標衛(wèi)星對接環(huán)鎖緊時有效作用距 離的中間值土中間值X 10%，針對目標衛(wèi)星對接環(huán)的電感式傳感器修正系數一般為0.3。
[0012] 預設的時間范圍為不超過30s。
[0013] 一種衛(wèi)星對接鎖緊自動控制系統(tǒng)，包括上位機、控制器和傳感器單元;所述的傳感 器單元包括在鎖緊執(zhí)行機構的安裝基座上周向均布的三個光電式傳感器，當阻尼機構起阻 尼功能時達到傳感器的感應范圍時，觸發(fā)光電式傳感器;包括在安裝基座上周向均布的三 個電感式傳感器，用于感應目標星對接環(huán)與鎖緊機構的距離;包括在安裝基座上周向均布 的三個壓力傳感器，用于測量阻尼機構的阻尼力；
[0014] 控制系統(tǒng)包括上位機控制分階段執(zhí)行模式和自動鎖緊工作模式;在自動鎖緊工作 模式下，上位機發(fā)出"自動鎖緊"指令，執(zhí)行權利要求1中的步驟(1)-(4);在分階段執(zhí)行模式 下，上位機實時監(jiān)測光電傳感器的觸發(fā)狀態(tài)，當三個光電式傳感器中至少兩路觸發(fā)時，進入 鎖緊釋放過程，上位機實時監(jiān)控衛(wèi)星對接鎖緊釋放的狀態(tài)，根據當前所處的狀態(tài)依據鎖緊 釋放的先后狀態(tài)順序發(fā)送指令，由控制器接收上位機發(fā)送的指令，根據不同的指令控制鎖 緊執(zhí)行機構執(zhí)行相應的動作，具體：
[0015] 上位機發(fā)出"對接環(huán)抱緊和下壓"指令，控制器根據指令發(fā)出驅動脈沖，控制電機 轉動，上位機實時監(jiān)測電感式傳感器的觸發(fā)狀態(tài)，在預設的時間范圍內，當三個電感式傳感 器中至少兩路觸發(fā)時，發(fā)送指令至控制器，控制電機停止動作；否則，進一步判斷是否電機 已轉動滿足機構抱緊和下壓運動的最大角度，若未達到最大角度且未達到預設的時間范 圍，則電機繼續(xù)轉動，若已到達最大角度或者達到預設的時間范圍，上位機發(fā)送控制指令由 控制器停止電機動作，并控制電機反向轉動回歸零位；
[0016] 上位機發(fā)出"對接環(huán)鎖緊"指令時，上位機控制控制器發(fā)出驅動脈沖，控制電機轉 動，電機帶動鎖緊組件對目標衛(wèi)星對接環(huán)進行鎖緊;上位機判斷是否至少兩路壓力傳感器 的測量結果滿足預緊力要求，若滿足，上位機發(fā)指令控制控制器停止電機動作;若不滿足， 進一步判斷是否電機已轉動至機構鎖緊的最大角度，若未達到最大角度且未達到預設的時 間范圍，則電機繼續(xù)轉動;若已到達最大角度或者達到預設的時間范圍，上位機發(fā)指令控制 控制器停止電機動作，并控制電機反向轉動回歸零位；
[0017] 上位機發(fā)"對接環(huán)分離"指令時，控制器驅動電機轉動，解除對目標衛(wèi)星對接環(huán)的 鎖緊，在阻尼機構的預緊力的作用下將目標衛(wèi)星彈出，完成快速分離，根據光電式傳感器和 電感式傳感器的觸發(fā)狀態(tài)，發(fā)送指令由控制器控制電機停止轉動。
[0018] 本發(fā)明與現有技術相比有益效果為：
[0019] (1)本發(fā)明可實現對衛(wèi)星對接鎖緊過程的閉環(huán)全自動控制，不需要人為參與即可 自動準確完成鎖緊機構對目標衛(wèi)星對接環(huán)的抱緊、下壓和鎖緊動作，可實現全流程內對鎖 緊過程和狀態(tài)的實時自動監(jiān)控，極大提高了對衛(wèi)星對接環(huán)鎖緊的自動化程度和可靠性。
[0020] (2)本發(fā)明可靈活選擇采用自動鎖緊工作模式或分階段工作模式，除可對衛(wèi)星對 接鎖緊過程進行閉環(huán)全自動控制外，還可根據實際對接鎖緊需要和對衛(wèi)星其它操作需要對 衛(wèi)星的鎖緊和釋放過程進行分階段控制，將整個對接鎖緊流程分為對接環(huán)抱緊和下壓、對 接環(huán)鎖緊和對接環(huán)分離等階段，可采用上位機命令控制方式分別執(zhí)行各個階段的對接鎖緊 操作，提高了對接鎖緊過程的控制靈活性，可有效提高對接鎖緊過程與衛(wèi)星整體操作的協 同性和配合度
[0021] (3)本發(fā)明采用多傳感器均勻分布的配置方式，保證了目標衛(wèi)星對接環(huán)與鎖緊機 構的同軸性和鎖緊動作執(zhí)行的位置平衡性，提高了對鎖緊過程監(jiān)控的準確度，并采取了三 取二的控制方式，兼顧了可靠性與容錯性的需求。
[0022] (4)本發(fā)明可在不超過30s的時間內控制鎖緊執(zhí)行機構完成對目標衛(wèi)星對接環(huán)的 鎖緊過程，綜合滿足了目標衛(wèi)星動態(tài)穩(wěn)定、對接鎖緊組合體控制、星地鏈路及衛(wèi)星應急反應 策略制定及執(zhí)行等多方需求，有效提高了空間目標對接鎖緊的執(zhí)行效率和工作效能。
【附圖說明】
[0023] 圖1、2為本發(fā)明所基于的鎖緊執(zhí)行機構示意圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明所建立的鎖緊執(zhí)行機構控制系統(tǒng)示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明的實時控制流程圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖及實例對本發(fā)明做詳細說明。本發(fā)明控制對象為鎖緊執(zhí)行機構，適 用本發(fā)明的機構組成見表1
[0027]表1鎖緊執(zhí)行機構組成及功能
[0028]
[0029]鎖緊執(zhí)行機構總體呈圓環(huán)形，外徑大于目標衛(wèi)星對接環(huán)直徑。對接結構與服務衛(wèi) 星本體通過安裝支架連接。安裝支架連接基座組件，傳動組件在基座組件上運動，帶動抱緊 組件和鎖緊組件動作，完成對目標衛(wèi)星對接環(huán)的抱緊、下壓、鎖緊與釋放。彈簧阻尼器在對 接鎖緊過程中產生預緊力，釋放分離時在預緊力的作用下將目標衛(wèi)星對接環(huán)彈出，實現與 目標衛(wèi)星的分離。光電傳感器共有三個，均勻分布于鎖緊執(zhí)行機構圓形基座上，夾角為120 度。電感式傳感器共有三個，均勻分布于鎖緊執(zhí)行機構圓形基座上，夾角為120度。壓力傳感 器共有三個，均勻分布于鎖緊執(zhí)行機構圓形基座上，夾角為120度。主要實施方式如下：
[0030] (1)將鎖緊執(zhí)行機構的控制器連接電機、三組光電傳感器、三組電感式傳感器和三 組壓力傳感器，并將電機零點位置反饋信號連接到控制器輸入端，如圖3所示；電機的主要 功能是控制鎖緊機構對目標對接環(huán)的鎖緊和釋放;光電傳感器的主要功能是檢測目標對接 環(huán)是否已進入鎖緊機構工作范圍；電感式傳感器的主要功能是判斷鎖緊機構是否已具備對 目標衛(wèi)星對接環(huán)的鎖緊條件;壓力傳感器的主要功能是測量對目標衛(wèi)星對接環(huán)鎖緊是否已 到位，及產生的預緊力是否滿足釋放分離需求。
[0031] (2)將鎖緊執(zhí)行機構控制器通過數據通信端口與上位機相連;上位機通過與控制 器的通信接口發(fā)送指令，控制器執(zhí)行相應指令;上位機根據整星任務和工作狀態(tài)對整個對 接和釋放過程進行全局控制；
[0032] (3)控制器對電機進行初始化操作，使電機回歸零位，同時對各通信端口進行初始 化參數設置;并設置相應接口接收電機位置反饋信息，以判斷電機是否工作正?；蚧貧w零 位；
[0033] (4)控制器或者上位機(在自動鎖緊工作模式下為控制器;在分階段工作模式下為 上位機)接收并對傳感器數據進行判斷和處理，為制定對接策略和確定對接時機提供依據， 并根據計算結果，按照對接策略需求，計算并校核電機驅動控制參數；
[0034] (5)接收并執(zhí)行上位機的各類命令，當收到自動對接過程開始命令后，控制器實時 接收判斷各類傳感器的狀態(tài)和測量信息，當光電傳感器觸發(fā)后，控制電機轉動，啟動對目標 衛(wèi)星對接環(huán)的抱緊和下壓過程；
[0035] (6)當處于上位機分階段控制模式時，上位機實時接收并判斷各類傳感器的狀態(tài) 和測量信息，控制器接收到上位機命令后只執(zhí)行對電機的驅動動作。
[0036] (7)當電感式傳感器觸發(fā)后，表明鎖緊執(zhí)行機構已具備對目標衛(wèi)星對接環(huán)的鎖緊 條件，控制器發(fā)出驅動脈沖控制電機轉動，對目標衛(wèi)星對接環(huán)進行鎖緊。使目標星與服務飛 行器形成剛性連接；
[0037] (8)當上位機發(fā)出釋放命令或鎖緊中止命令，控制器接到命令后根據命令控制電 機運動，解除對接環(huán)鎖緊，釋放目標星，隨后電機轉動，使鎖緊執(zhí)行機構回歸零位，等待下一 次對接任務。
[0038] 具體以圖1、2所示的機構為例進行詳細說明：包括安裝支架27、圓環(huán)支架26、彈簧 阻尼器35、傳動機構28和抱緊壓緊機構，抱緊壓緊機構包括轉動座2、抱緊組件和壓緊組件。 抱緊壓緊機構以120°等角距分布固定在圓環(huán)支架上，共三組，用于抱緊和壓緊目標衛(wèi)星的 對接環(huán)，實現捕獲衛(wèi)星和目標衛(wèi)星的剛性連接。圓環(huán)支架26包括下圓盤和上圓盤。
[0039] 抱緊組件包括：由連接部和壓緊板組成的壓緊部件1、十字銷軸5、平移導軌7和運 動轉接件8，壓緊組件包括:壓板6、頂桿導軌3、頂桿4和壓板座9。
[0040] 連接部和運動轉接件8通過燕尾槽結構相配合，連接部相對運動轉接件8做徑向運 動，兩者采用間隙配合，實現壓緊板對對接環(huán)的抱緊。壓緊板與目標衛(wèi)星對接環(huán)有相同曲 率。轉動座2通過螺釘與轉盤固定連接，在轉盤的帶動下繞圓環(huán)支架26做周向運動，平移導 軌7通過螺釘固定在上圓盤的固定環(huán)的凹槽上，作為運動轉接件8軸向運動的直線導軌。 [0041]在地面原理樣機階段，控制系統(tǒng)使用ARM11處理器，能夠提供四個伺服軸并加一個 主編碼器軸的配置控制方案，也可以實現五個步進軸方式的控制。每個軸都可以通過編程 實現各類運動類型。
[0042] 控制系統(tǒng)的控制器主要性能如下：
[0043] >533MHz 的 ARM11 處理器
[0044] >并采用雙精度浮點數據格式
[0045] >可選的伺服更新周期：125、250、500、1000及2000微秒
[0046] 羚脈沖輸出頻率2MHz [0047]控制器輸入接口設置如下：
[0048] >數字I/O 口 0~2:分別用于三路光電傳感器信號輸入
[0049] >數字I/O 口 3~5:分別用于三路電感式傳感器信號輸入 [0050] >數字I/O 口 6~8:分別用于三路壓力傳感器信號輸入
[0051] >數字I/O 口 9:用于檢測鎖緊電機回零信號
[0052] 羚數字I/O 口 10:用于檢測鎖緊電機報警情況
[0053] >以太網口 ：使用MC405控制器10M/100M自適應以太網口與上位機相連，用于接收 上位機命令
[0054] 控制器輸出接口設置如下：
[0055] >數字I/O口 11:用于發(fā)出鎖緊電機歸零指令
[0056] >數字I/O 口 12:用于發(fā)出鎖緊電機警報清除指令
[0057] >以太網口 ：端口設置同輸入接口
[0058] >步進軸控制端口 ：使用STEP+DIRECTIONG模式，ATYPE設置為43,用于步進電機操 作控制
[0059] 根據控制系統(tǒng)功能，對接鎖緊機構的實時控制可劃分為兩個任務：
[0060] 1)主任務:包括系統(tǒng)初始化子任務、電機驅動參數計算、電機驅動子任務。
[0061] >系統(tǒng)初始化子任務:主要完成系統(tǒng)初始化、電機零位調整、全局變量賦值、關鍵 參數設置等功能；
[0062] >電機驅動參數計算:根據目標相對位置計算結果，計算步進電機控制系數；
[0063] >電機驅動子任務:根據電機控制參數和上位機命令，驅動電機運動，完成對接鎖 緊機構對接或釋放任務。
[0064] 2)上位機通信任務:主要完成與上位機進行通信的功能，接收上位機指令并按指 令執(zhí)行相應動作，并將執(zhí)行結果和系統(tǒng)狀態(tài)參數發(fā)送上位機/衛(wèi)星平臺，包括上位機通信和 命令執(zhí)行子任務。
[0065] 鎖緊執(zhí)行機構的實時控制任務劃分見下表：
[0066] 表2鎖緊執(zhí)行機構實時控制任務劃分
[0068]在系統(tǒng)上電后首先進行電機歸零操作和系統(tǒng)初始化操作，使電機回歸零位。鎖緊 電機選用AZ46AK閉環(huán)直流步進電機，最高分辨率可達lOOOOp/rJZAeAK電機具有可頻繁起 動/停止、免增益調節(jié)、高可靠、低發(fā)熱等特點，其區(qū)別于其它系統(tǒng)電機的最大特點為可設置 機械零位，且當前電機相對于零位的絕對位置可掉電不丟失。在對該電機進行零位操作時， 根據前述端口設置，需通過控制器的I/O 口向電機輸出高電平脈沖，在上升沿電機將自動回 歸零位，并在回歸零位后向I /〇 口 〇發(fā)送狀態(tài)信號，I /〇 口 〇處電平由低變高，即表示鎖緊電機 已回歸零位。
[0069]以套筒控制電機為例，該電機角度分辨率為0.072°，每接收一個脈沖旋轉0.072°， 需電機轉一整周需要360/0.072為5000脈沖，又由于控制器內部預設內分頻指數為16,根據 控制器要求需發(fā)送5000X 16 = 80000脈沖才能使電機轉一圈。通過控制控制器發(fā)出的脈沖 數及發(fā)送脈沖頻率，即可控制電機轉速、轉向和轉數，進而控制其連接機構的伸縮距離和旋 轉角度，及伸縮和旋轉速度。
[0070] 控制器通過以太網口與上位機進行連接，上位機端以太網口的默認IP地址為 192.168.0.120，子網掩碼：255.255.255.0，控制器端默認IP地址為192.168.0.250，端口 號：23。以太網口使用VR變量進行數據輸入，起始地址為400,默認為16bi t整型輸入，VR序 列長度50。輸入數據為指令代碼。
[0071]根據鎖緊機構設計特點，在完成抱緊和下壓階段，電機軸須從零位正向轉動273.6 度，從抱緊下壓到鎖緊階段須再繼續(xù)正向轉動263.4度，從鎖緊階段到釋放須繼續(xù)正向轉動 143.4度，則抱緊與下壓階段的電機轉動最大角度設定為273.6,鎖緊階段電機轉動最大角 度設定為537度，釋放階段電機轉動最大角度設定為680.4度。
[0072] 表3對接鎖緊機構VR控制命令列表
[0074]如圖4所示，全流程自動控制的具體控制過程如下：
[0075] (1)當收到上位機"自動鎖緊"命令后，控制器首先根據電機狀態(tài)反饋判斷電機是 否處于零位，若電機處于零位，則開始實時判斷光電傳感器測量值，等待三個光電式傳感器 中至少兩路觸發(fā);否則首先對電機進行回零操作，使電機回歸零位，再對傳感器狀態(tài)進行實 時監(jiān)測
[0076] (2)當三個光電式傳感器中有兩路以上信號觸發(fā)時，控制器發(fā)出驅動脈沖，控制鎖 緊電機正向轉動，此時預設時間為30s，電機最大轉動角度為273.6度，若電機運動超出預設 時間或電機轉動角度超過最大轉動角度限制，則控制器控制電機停止轉動，并向上位機發(fā) 送出錯信息;上位機收到出錯信息后，發(fā)送中止鎖緊命令，控制器對電機進行回零操作。
[0077] (3)在上述步驟（2)的進行過程中，控制器實時判斷電感式傳感器的狀態(tài)，等待三 個電感式傳感器中至少兩路觸發(fā)后，控制器控制電機停止轉動，表示完成抱緊和下壓動作。 [0078] (4)當三個電感式傳感器中有兩路以上信號觸發(fā)時，控制器發(fā)出驅動脈沖，控制電 機繼續(xù)正向轉動，轉動組件帶動鎖緊組件完成對目標衛(wèi)星對接環(huán)的鎖緊，，此時預設時間為 30s，電機最大轉動角度為537度，若電機運動超出預設時間或電機轉動角度超過最大轉動 角度限制，則控制器控制電機停止轉動，并向上位機發(fā)送出錯信息；上位機收到出錯信息 后，發(fā)送中止鎖緊命令，控制器對電機進行回零操作。
[0079] (5)在上述步驟(4)的進行過程中，控制器實時判斷壓力傳感器的測量值，等待三 個壓力傳感器中至少兩路的測量值達到鎖緊閾值門限要求，控制器控制電機停止轉動，表 示完成鎖緊動作。
[0080]分階段控制的具體控制過程如下：
[0081 ] (1)控制器將所有傳感器狀態(tài)和測量信息實時發(fā)送給上位機，上位機對各傳感器 狀態(tài)進行實時監(jiān)測，根據不同階段控制需求，對控制器發(fā)送控制命令，控制電機動作。
[0082] (2)上位機實時監(jiān)測光電傳感器的觸發(fā)狀態(tài)，當三個光電式傳感器中至少兩路觸 發(fā)時，上位機發(fā)出"對接環(huán)抱緊和下壓"指令給控制器;控制器接收到上位機命令后，根據指 令發(fā)出驅動脈沖，控制電機正向轉動，電機最大轉動角度為273.6度。
[0083] (3)上位機實時監(jiān)測電感式傳感器的觸發(fā)狀態(tài)，在預設的時間范圍內，當三個電感 式傳感器中至少兩路觸發(fā)時，發(fā)送"電機停止"指令至控制器，控制電機停止動作，此時對接 環(huán)抱緊與下壓動作以執(zhí)行完畢。
[0084] (4)若沒有至少兩路電感式傳感器觸發(fā)，進一步判斷是否電機已轉動滿足機構抱 緊和下壓運動的最大角度，若未達到最大角度且未達到預設的時間范圍，則電機繼續(xù)轉動， 若已到達最大角度或者達到預設的時間范圍，上位機發(fā)送"中止鎖緊"控制指令給控制器； 控制器接收到該命令后控制電機停止動作，并控制電機反向轉動回歸零位。
[0085] (5)完成對目標衛(wèi)星對接環(huán)的抱緊和下壓后，上位機發(fā)出"對接環(huán)鎖緊"指令，控制 器接收到該命令后發(fā)出驅動脈沖，控制電機轉動，此時電機最大轉動角度設定為537度。 [0086] (6)上位機實時判斷是否至少兩路壓力傳感器的測量結果滿足預緊力要求，若滿 足，上位機發(fā)出"電機停止"指令控制控制器停止電機動作;若不滿足，進一步判斷是否電機 已轉動至機構鎖緊的最大角度，若未達到最大角度且未達到預設的時間范圍，則電機繼續(xù) 轉動;若已到達最大角度或者達到預設的時間范圍，上位機發(fā)送"中止鎖緊"指令控制控制 器停止電機動作，并控制電機反向轉動回歸零位。
[0087] (7)完成對接環(huán)鎖緊后，在鎖緊執(zhí)行機構需要與目標衛(wèi)星對接環(huán)分離的時候，上位 機發(fā)送"對接環(huán)分離"指令給控制器，控制器驅動電機繼續(xù)正向轉動，解除對目標衛(wèi)星對接 環(huán)的鎖緊，在阻尼機構的預緊力的作用下鎖緊執(zhí)行機構將目標衛(wèi)星彈出，完成與目標衛(wèi)星 的分離。
[0088] (8)上位機實時監(jiān)測光電式傳感器和電感式傳感器的觸發(fā)狀態(tài)，在目標衛(wèi)星與鎖 緊執(zhí)行機構分離后，光電式傳感器和電感式傳感器中均有至少兩個處于"未觸發(fā)"狀態(tài)，此 時表明與目標衛(wèi)星已成功分離，上位機發(fā)送"電機停止"指令由控制器控制電機停止轉動， 并控制電機回歸零位。
[0089]本發(fā)明未詳細說明部分屬于本領域技術人員公知常識。
【主權項】
1. 一種衛(wèi)星對接鎖緊自動控制方法，所述控制方法的鎖緊執(zhí)行機構采用電機提供動 力，并包括安裝在基座上的對目標星的對接環(huán)進行抱緊和下壓功能的抱緊組件、實現與目 標星對接環(huán)鎖緊的鎖緊組件以及在鎖緊執(zhí)行機構與目標星接觸時減少剛性撞擊的阻尼機 構;其特征在于： (1) 在鎖緊執(zhí)行機構的安裝基座上周向均布三個光電式傳感器，當阻尼機構起阻尼作 用并進入傳感器的感應范圍內時，觸發(fā)光電式傳感器;在安裝基座上周向均布三個電感式 傳感器，用于感應目標星對接環(huán)與鎖緊機構的軸向最近距離;在安裝基座上周向均布三個 壓力傳感器，用于測量阻尼機構的阻尼力； (2) 當收到上位機"自動鎖緊"命令后，控制器首先檢查電機狀態(tài)是否處于零位，若電機 不處于零位則對電機進行回零操作；隨后控制器實時監(jiān)測光電傳感器的觸發(fā)狀態(tài)，在預設 的時間范圍內，當三個光電式傳感器中至少兩路觸發(fā)時，控制器發(fā)出驅動脈沖，控制電機轉 動，電機帶動抱緊組件對目標衛(wèi)星對接環(huán)進行抱緊和下壓，轉步驟(3);否則，控制器向上位 機反饋出錯信息，由上位機終止本次鎖緊； (3) 控制器實時監(jiān)測電感式傳感器的觸發(fā)狀態(tài)，在預設的時間范圍內，當三個電感式傳 感器中至少兩路觸發(fā)時，控制器發(fā)出驅動脈沖，控制電機轉動，電機帶動鎖緊組件對目標衛(wèi) 星對接環(huán)進行鎖緊，轉步驟(4);否則，進一步判斷是否電機已轉動滿足機構抱緊和下壓運 動的最大角度，若未達到最大角度且未達到預設的時間范圍，則電機繼續(xù)轉動;若已到達最 大角度或者達到預設的時間范圍，控制器停止電機動作，并向上位機反饋出錯信息，由上位 機發(fā)指令通過控制器控制電機反向轉動回歸零位，中止鎖緊任務； (4) 判斷是否至少兩路壓力傳感器的測量結果滿足預緊力要求，若滿足，控制器停止電 機動作，完成鎖緊;否則，進一步判斷是否電機已轉動至機構鎖緊的最大角度，若未達到最 大角度且未達到預設的時間范圍，則電機繼續(xù)轉動;若已到達最大角度或者達到預設的時 間范圍，控制器停止電機動作，并向上位機反饋出錯信息，由上位機發(fā)指令通過控制器控制 電機反向轉動回歸零位，中止鎖緊任務。2. 根據權利要求1所述的一種衛(wèi)星對接鎖緊自動控制方法，其特征在于:所述步驟(2)、 (3)中的驅動脈沖根據鎖緊執(zhí)行機構在相應階段的行程確定，不能超過相應階段機構的運 動范圍。3. 根據權利要求1所述的一種衛(wèi)星對接鎖緊自動控制方法，其特征在于:光電式傳感器 須準確反映目標衛(wèi)星對接環(huán)與鎖緊機構的相對距離，光電式傳感器觸發(fā)后，代表目標衛(wèi)星 對接環(huán)已進入鎖緊機構工作范圍，鎖緊機構的抱緊組件才能對目標衛(wèi)星對接環(huán)實施抱緊、 下壓動作；電感式傳感器的感應范圍即額定工作距離根據鎖緊機構的鎖緊組件有效作用距 離進行選擇，一般取鎖緊組件對目標衛(wèi)星對接環(huán)鎖緊時有效作用距離的中間值土中間值X 10%，針對目標衛(wèi)星對接環(huán)的電感式傳感器修正系數一般為0.3。4. 根據權利要求1所述的一種衛(wèi)星對接鎖緊自動控制方法，其特征在于:預設的時間范 圍為不超過30s。5. -種衛(wèi)星對接鎖緊自動控制系統(tǒng)，其特征在于:包括上位機、控制器和傳感器單元； 所述的傳感器單元包括在鎖緊執(zhí)行機構的安裝基座上周向均布的三個光電式傳感器，當阻 尼機構起阻尼功能時達到傳感器的感應范圍時，觸發(fā)光電式傳感器;包括在安裝基座上周 向均布的三個電感式傳感器，用于感應目標星對接環(huán)與鎖緊機構的距離;包括在安裝基座 上周向均布的三個壓力傳感器，用于測量阻尼機構的阻尼力； 控制系統(tǒng)包括上位機控制分階段執(zhí)行模式和自動鎖緊工作模式;在自動鎖緊工作模式 下，上位機發(fā)出"自動鎖緊"指令，執(zhí)行權利要求1中的步驟（1)-(4);在分階段執(zhí)行模式下， 上位機實時監(jiān)測光電傳感器的觸發(fā)狀態(tài)，當三個光電式傳感器中至少兩路觸發(fā)時，進入鎖 緊釋放過程，上位機實時監(jiān)控衛(wèi)星對接鎖緊釋放的狀態(tài)，根據當前所處的狀態(tài)依據鎖緊釋 放的先后狀態(tài)順序發(fā)送指令，由控制器接收上位機發(fā)送的指令，根據不同的指令控制鎖緊 執(zhí)行機構執(zhí)行相應的動作，具體： 上位機發(fā)出"對接環(huán)抱緊和下壓"指令，控制器根據指令發(fā)出驅動脈沖，控制電機轉動， 上位機實時監(jiān)測電感式傳感器的觸發(fā)狀態(tài)，在預設的時間范圍內，當三個電感式傳感器中 至少兩路觸發(fā)時，發(fā)送指令至控制器，控制電機停止動作；否則，進一步判斷是否電機已轉 動滿足機構抱緊和下壓運動的最大角度，若未達到最大角度且未達到預設的時間范圍，則 電機繼續(xù)轉動，若已到達最大角度或者達到預設的時間范圍，上位機發(fā)送控制指令由控制 器停止電機動作，并控制電機反向轉動回歸零位； 上位機發(fā)出"對接環(huán)鎖緊"指令時，上位機控制控制器發(fā)出驅動脈沖，控制電機轉動，電 機帶動鎖緊組件對目標衛(wèi)星對接環(huán)進行鎖緊;上位機判斷是否至少兩路壓力傳感器的測量 結果滿足預緊力要求，若滿足，上位機發(fā)指令控制控制器停止電機動作;若不滿足，進一步 判斷是否電機已轉動至機構鎖緊的最大角度，若未達到最大角度且未達到預設的時間范 圍，則電機繼續(xù)轉動;若已到達最大角度或者達到預設的時間范圍，上位機發(fā)指令控制控制 器停止電機動作，并控制電機反向轉動回歸零位； 上位機發(fā)"對接環(huán)分離"指令時，控制器驅動電機轉動，解除對目標衛(wèi)星對接環(huán)的鎖緊， 在阻尼機構的預緊力的作用下將目標衛(wèi)星彈出，完成快速分離，根據光電式傳感器和電感 式傳感器的觸發(fā)狀態(tài)，發(fā)送指令由控制器控制電機停止轉動。
【文檔編號】B64G1/64GK106005488SQ201610335263
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】龐羽佳, 李志 , 黃劍斌, 蒙波, 韓旭, 張曉瑩
【申請人】中國空間技術研究院