摘 要

卫星在轨运行期间，会产生一定的卫星微振动，进而影响卫星上精密设备的正常工作，因此需要卫星隔振平台来对卫星微振动进行相应的抑制，使星载设备得以正常工作。其中，控制系统作为隔振平台的重要部分，其性能影响着隔振平台的隔振效果。本论文依托民航预研项目子课题，针对实际应用中的工程需求，对卫星隔振平台的控制系统进行研究和设计，主要侧重于控制器信号处理模块和驱动模块的硬件设计，以实现卫星隔振平台的主动控制，达到预期的隔振效果。

论文以六自由度Stewart平台为研究对象，对隔振平台的机械结构和工作原理进行分析和研究，对其进行控制策略的设计和分析，提出控制系统总体框架设计。

根据控制系统的控制需求，对硬件部分进行设计，提出了由传感单元，主控单元和驱动单元组成的总体硬件框架；设计了传感单元的信号处理电路，并完成了对主控模块和驱动模块的选型和设计，对高压运放电路的相关注意点进行了分析阐述；对硬件板卡进行实验，验证其工作性能，数据证明：本论文所研究硬件板卡部分满足控制系统控制要求。

根据隔振控制系统的需求，对控制系统的软件控制流程进行分析设计，对各模块功能作用和工作流程进行详细讨论。

关键词：卫星隔振；主动控制系统；硬件设计

Abstract

During the orbit operation, the satellites will produce some micro-vibration of the satellite, which will affect the normal work of the precision equipment on the satellite. Therefore, the satellite vibration isolation platform is needed to suppress the micro-vibration of the satellite, so that the spaceborne equipment can work normally. Among them, the control system, as an important part of the vibration isolation platform, its performance affects the effect of the isolation platform vibration isolation . Based on the project of civil aviation pre-research project, this paper studies and designs the control system of satellite vibration isolation platform for the engineering needs in practical application. This paper mainly focuses on the hardware design of controller signal processing module and drive module to realize satellite vibration platform active control and achieve the desired vibration isolation effect.

In the paper, the six-degree-of-freedom Stewart platform is used as the research object. The mechanical structure and working principle of the vibration isolation platform are analyzed and studied, and the control strategy is designed and analyzed, and the overall framework design of the control system is put forward.

According to the control requirements of the control system, the hardware part is designed and the overall hardware frame composed of the sensing unit, the main control unit and the driving unit is put forward. The signal processing circuit of the sensing unit is designed, and the main control module and the driving module is designed and the components are selected, the relevant points of attention of the high voltage operational circuit are analyzed. Experiments on the hardware board to verify the performance of the work are finished, the data prove that: This part of the hardware can meet the control system control requirements.

According to the needs of the vibration isolation control system, the software control flow of the control system is analyzed and designed, and the function and working flow of each module are discussed in detail.

Key Words: satellite vibration isolation; active control system; hardware design

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题来源 1

1.2课题目的及意义 1

1.3国内外研究现状 1

1.3.1隔振技术研究 1

1.3.2卫星减振平台研究 2

1.3.3主动隔振控制系统研究 3

1.4论文章节安排 4

第2章 控制系统总体设计 6

2.1隔振平台机械结构 6

2.2隔振平台控制方法设计 7

2.2.1 PID控制分析 8

2.2.2反馈控制策略设计 9

2.3 控制系统总体方案 10

第3章 控制系统硬件设计 11

3.1传感单元设计 11

3.1.1传感器选型 11

3.1.2信号调理电路 11

3.1.3电荷放大板卡实验 22

3.2主控单元设计 24

3.2.1 MCU选型 25

3.2.2各模块选型 25

3.3驱动单元设计 27

3.3.1驱动方式选择 27

3.3.2驱动电路设计 28

3.3.3高压运放电路设计的注意事项 31

3.3.4驱动板卡实验 34

第4章 控制系统软件设计 38

第5章 总结与展望 41

5.1全文总结 41

5.2课题展望 41

参考文献 43

致 谢 45

绪论

1.1课题来源

本课题来源于民用航天“十二五”预研项目“基于光纤传感的卫星微振动测量与抑制技术”。

1.2课题目的及意义

在航空航天领域，随着航天技术的发展，高精度遥感卫星和空间望远镜的分辨率和稳定度等性能要求也随之升高。如空间望远镜“詹姆斯·韦伯空间望远镜”的镜片运动精度为10nm，空间迈克尔逊干涉仪也需要纳米级的位置控制精度^[1]。要想满足这些性能指标，就必须考虑到星上微振动对在轨卫星有效载荷的工作影响。

卫星微振动一般指卫星在轨飞行期间，推进器点火、转动部件的旋转、可控构件驱动机构的运动以及大型柔性结构在阴影区进出产生的冷热交变等引起的扰动而使卫星产生的一种幅值小、频率范围广的振动响应^[2]。卫星微振动的产生不可避免，因此，振动对卫星上有效载荷工作环境的影响不可忽视。研究如何正确有效地测量和抑制卫星微振动，为有效载荷提供稳定的工作环境，对实现卫星有效载荷的高精度定位和提高分辨率成像具有重要意义。