本发明涉及一种磁力矩器装置，特别涉及一种基于pcb的分布式磁力矩器装置，属于卫星姿态控制领域。
背景技术：
：微纳卫星是航天技术发展的一个方向，相比于其他类型的卫星，微纳卫星具有设计研制周期短、成本低、便于模块化和批量化生产、便于管理等特点，有利于开展新技术的在轨试验验证。目前，大量科研机构和大学都在开展微纳卫星的研究，且有大量微纳卫星已成功在轨飞行。卫星的姿态控制系统是卫星的核心系统之一，是卫星与地面通信、完成在轨任务的关键。若要实现卫星姿态的精确控制，需要姿态敏感器和控制器的有效工作。磁力矩器是目前应用极为广泛的一种姿态控制器。与磁棒相比，磁力矩器有无剩磁、质量轻的优势，此外，磁棒可产生的磁矩过大，与微纳卫星姿态控制需要的最大磁矩不相匹配。传统基于pcb磁力矩器在同一pcb板中进行多层布线，使产生的磁矩可满足姿态控制的需要。然而，随着pcb层数的增加，成本成倍增长，所以传统基于pcb的磁力矩器造价昂贵，且备份单一，可靠性较低。技术实现要素：针对上述不足，本发明提供一种成本低、有冗余备份的基于pcb的分布式磁力矩器装置。本发明的一种基于pcb的分布式磁力矩器装置，所述装置包括k个磁力矩器和k块pcb板，每个磁力矩器集成在一块pcb板中，每个磁力矩器包括n层线圈；k块pcb板分为三组，分别按卫星星体坐标系o-xyz的三个方向固定设置。优选的是，所述pcb板为卫星内已有的pcb板。优选的是，所述装置还包括控制电路；每个磁力矩器的两极均连接在控制电路上；控制电路，用于实现对磁力矩器的选通。优选的是，所述控制电路，用于实现对磁力矩器的选通的过程包括：确定每块pcb板上磁力矩器产生的磁距大小；根据各方向要求的最小磁矩，结合每块pcb板中磁力矩器产生的磁距大小，计算各方向的需要通电的磁力矩器的数量，根据计算的数量，对各方向pcb板中磁力矩器进行选通，各方向剩余的磁力矩器进行冗余备份。优选的是，所述确定每块pcb板中磁力矩器产生的磁距大小的过程包括：单层线圈的最外圈线圈长为a1，宽为b1，pcb板中走线的电阻率为ρ，线厚为h；线宽为w，线距为d，单层线圈绕线m圈，一块pcb板中有n层线圈；磁力矩器的通电电压恒定为u；单层线圈的第i圈的长和宽分别为：单层线圈的总面积为：单层线圈的总长度为：单层线圈的总电阻为：单层线圈产生的磁矩大小为：每块pcb板中磁力矩器产生的总的磁矩大小为：t＝n·t0。优选的是，所述n层线圈在竖直方向上重叠设置在pcb板中，单层线圈由外至内的方式逐圈在pcb板中布线，各层线圈通电电流绕向一致。本发明的有益效果在于，本发明提将磁力矩器集成于已有pcb板中，减轻了所占重量，提高了传统基于pcb磁力矩器的工作可靠性，并降低了其生产成本。本发明将同一方向的磁力矩器分散集成于不同的pcb板中，可以有效减少pcb层数，从而降低生产费用。且同一方向的pcb板内磁力矩器可分别控制，本发明还给出了基于pcb磁力矩器可产生磁矩的计算方法，控制电路根据磁距，对磁力矩器进行选通，即使某一pcb板内磁力矩器失效，也不会影响其他磁力矩器的正常工作，仍可以满足姿态控制的需求，因此，该分布式磁力矩器的工作可靠性很高。附图说明图1为pcb板中磁力矩器的布局示意图，接线端a和接线端b用于接控制电路。图2为各带磁力矩器的pcb板在整星中的布局示意图。具体实施方式结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于pcb的分布式磁力矩器装置，所述装置包括k个磁力矩器和k块pcb板，每个磁力矩器集成在一块pcb板中，每个磁力矩器包括n层线圈；k块pcb板分为三组，分别按卫星星体坐标系o-xyz的三个方向固定设置。本实施方式中，在卫星所有可行pcb板中集成磁力矩器，将所有pcb板按卫星星体坐标系等分为三组：x向，y向和z向；将同一方向的磁力矩器分散集成于不同的pcb板中，可以有效减少pcb层数，从而降低生产费用。卫星在同一方向上产生的最大磁矩取决于在该方向上集成的pcb板的个数。优选实施例中，pcb板为卫星内已有的pcb板。本实施方式中，将磁力矩器集成于已有pcb板中，减轻了所占重量，同时提高了传统基于pcb磁力矩器的工作可靠性，并降低了其生产成本。优选实施例中，所述装置还包括控制电路；每个磁力矩器的两极均连接在控制电路上；控制电路，用于实现对磁力矩器的选通。同一方向的pcb板内的磁力矩器通过控制电路分别控制，即使某一pcb板内磁力矩器失效，也不会影响其他磁力矩器的正常工作，仍可以满足姿态控制的需求，因此，该分布式磁力矩器的工作可靠性很高。优选实施例中，所述控制电路，用于实现对磁力矩器的选通的过程包括：确定每块pcb板中磁力矩器产生的磁距大小；根据各方向要求的最小磁矩，结合每块pcb板中磁力矩器产生的磁距大小，计算各方向的需要通电的磁力矩器的数量，根据计算的数量，对各方向pcb板中磁力矩器进行选通，各方向剩余的磁力矩器进行冗余备份。本实施方式给出了根据最小磁距，确定各方向通电的磁力矩器的数量，剩余的做冗余备份。优选实施例中，所述确定每块pcb板中磁力矩器产生的磁距大小的过程包括：单层线圈的最外圈线圈长为a1，宽为b1，pcb板中走线的电阻率为ρ，线厚为h；线宽为w，线距为d，单层线圈绕线m圈，一块pcb板中有n层线圈；磁力矩器的通电电压恒定为u；单层线圈的第i圈的长和宽分别为：单层线圈的总面积为：单层线圈的总长度为：单层线圈的总电阻为：单层线圈产生的磁矩大小为：每块pcb板中磁力矩器产生的总的磁矩大小为：t＝n·t0。本实施方式给出了基于pcb磁力矩器可产生磁矩的计算方法，优选实施例中，所述n层线圈在竖直方向上重叠设置在pcb板中，单层线圈由外至内的方式逐圈在pcb板中布线，各层线圈通电电流绕向一致，从而使得各层线圈产生的磁场得以叠加。pcb板中的单层线圈间的走线通过过孔相连。具体实施例：一：卫星可集成磁力矩器的pcb板个数：计算机板4块，电源板2块，数传板2块，接口板2块，载荷板2块，帆板6块，共计18块pcb板，将星内所有pcb板按图2方式以卫星星体坐标系o-xyz分为三组，每组含有6块pcb板。二：pcb板尺寸为10cm*10cm，每块板集成4层板内磁力矩器，磁力矩器线圈参数：最外圈线圈尺寸为9cm*9cm，为结构安装孔留出位置，线宽10mil，线厚1oz，线距6mil，单层绕线圈数20圈。三：计算单层磁力矩器产生的磁矩大小为0.0057am2。若要实现对卫星的有效控制，姿态控制系统要求各方向最小磁矩为0.08am2。为此，单一方向上最少需要12层相同状态的磁力矩器。根据上述设置，每个方向上3块pcb板即可满足要求。因为在同一方向上一共有6块pcb板集成了单板磁力矩器，因此该分布式磁力矩器的冗余度为极大的增强了磁力矩器的工作可靠性。此外，本实施例的分布式磁力矩器分别内嵌于已有pcb板中，没有增加已有pcb板的层数，因此也不会产生额外的费用。假如为单方向磁力矩器专门设计两块pcb板，其中一块为备份，那么单一pcb板的层数最少为12层。表1列出了尺寸为10cm*10cm的军品pcb生产价格随层数的变化。表110cm*10cm的军品pcb生产价格表pcb层数开工费(元)单位面积生产费(元/cm2)过孔、阻抗设计系数28000.151.33412000.351.33618000.51.33824000.81.331040001.01.331252001.21.33由表可以计算，3个方向的6块磁力矩器板的生产费用为：6×1.33×(5200+1.2*10*10)＝42453.6元。因此，本发明有效地降低了磁力矩器的成本。当前第1页1 2 3