本发明涉及到应用于卫星的基于步进电机的执行机构领域，具体涉及卫星用步进电机机构在急停模式下的的力矩校核方法。
背景技术
应用于卫星的基于步进电机的执行机构，在保证可靠实现在轨驱动任务和功能的基础上，追求体积小、质量轻、功耗低、系统可靠而设计裕度合理。因此，在保证机构设计状态能可靠实现轨驱动任务和功能之外，因在轨急停模式和地面试验的需要，需校核“急停模式”及“地面试验状态”分别引入的惯性力矩和重力矩带来的影响。在尽量保证步进电机机构的力矩设计裕度不可过大而造成设计成本过高的情况下，也为了规避地面试验状态下出现力矩不平衡而带来地面试验失败甚至机构损坏的风险，需提出策略解决力矩不平衡的问题，保证步进电机机构设计的可靠性、经济性、合理性与工程可实现性。
目前，针对上述问题，尚无系统完整的校核方法与解决思路。因此，研究卫星用步进电机机构在急停模式下的力矩校核与解决方法，可有效保障各类存在“急停模式”的基于步进电机的执行机构的优化设计与工程研制。
技术实现要素：
本发明提供一种卫星用步进电机机构的力矩校核方法，该方法通过分析“急停模式”及“地面试验状态”分别引入的惯性力矩和重力矩带来的影响，其中，急停模式分为断电与不断电模式，在快速有效的力矩校准的同时，根据不同校准状态提出不同的优化解决方案。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种卫星用步进电机机构的力矩校核方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、根据步进电机机构及其负载的设计特性，梳理和计算机构的保持力矩、定位力矩及自身的阻力矩；
步骤2、计算急停模式下步进电机机构所受的惯性力矩和地面试验状态下所受的重力矩；
步骤3、分别针对在轨状态和地面试验状态，以及“急停断电”和“急停不断电”两种模式下步进电机机构的力矩是否能克服阻力矩、惯性力矩和重力矩而进行校核分析，并根据不同状态或不同模式，针对性的提出“重力卸载”及“先小电流驱动定位，后断电保持”或两者组合的解决策略，完成步进电机机构的力矩校核与设计修正。
上述技术方案中，步骤1中，所述保持力矩和所述定位力矩的计算值根据步进电机机构的设计状态计算，所述阻力矩与机构设计状态和负载特性相关，其中阻力矩包含机构自身的摩擦阻力矩和负载带来的电缆或其它附件带来的阻力矩。
上述技术方案中，步骤3中，针对在轨状态和地面试验状态，以及“急停断电”和“急停不断电”两种模式，将“状态”和“模式”排列组合进行力矩校准。
上述技术方案中，不同的排列组合下校核的方式不同，其中断电模式下以定位力矩校准，不断电模式下以保持力矩校准，地面试验状态下引入重力矩校准，若定位力矩不大于阻力矩或阻力矩与残余重力矩之和，则返回修改机构设计；若保持力矩不大于阻力矩与惯性力矩之和或阻力矩、惯性力矩与残余重力矩之和，则返回修改机构设计。
上述技术方案中，“急停模式”带来的惯性力矩通过“先小电流驱动定位，后断电保持”的方法使加速度置零，从而消除惯性力矩；地面试验带来的重力矩采用“重力卸载”的方式，在重力卸载工装的帮助下消除部分重力矩，剩下的重力矩参与校核。
上述技术方案中，所述地面试验中的“急停断电模式”，采用“重力卸载”及“先小电流驱动定位，后断电保持”两者组合的方式，组合中优先考虑“重力卸载”方式，在无法实施或极为不便实施重力卸载时，再采用“先小电流驱动定位，后断电保持”的方式。
上述技术方案中，所述电缆走线曲线均以机构展开轴线为中线。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
⑴具备良好的优化设计指导性和高效的工程设计实施性；
⑵能够快速可靠的完成机构力矩校核，保证机构地面工程研制；
⑶有效保证机构设计的可靠性、经济性、合理性与工程可实现性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的卫星用步进电机机构在急停模式下的力矩校核方法示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1为本发明的卫星用步进电机机构在急停模式下的力矩校核方法示意图，如图1所示，本发明的一种卫星用步进电机机构的力矩校核方法，包括如下步骤：
步骤1、根据步进电机机构及其负载的设计特性，梳理和计算机构的保持力矩、定位力矩及自身的阻力矩；
步骤2、计算急停模式下步进电机机构所受的惯性力矩和地面试验状态下所受的重力矩；
步骤3、分别针对在轨状态和地面试验状态，以及“急停断电”和“急停不断电”两种模式下步进电机机构的力矩是否能克服阻力矩、惯性力矩和重力矩而进行校核分析，并根据不同状态或不同模式，针对性的提出“重力卸载”及“先小电流驱动定位，后断电保持”或两者组合的解决策略，完成步进电机机构的力矩校核与设计修正。
步骤1中，所述保持力矩和所述定位力矩的计算值根据步进电机机构的设计状态计算，所述阻力矩与机构设计状态和负载特性相关，其中阻力矩包含机构自身的摩擦阻力矩和负载带来的电缆或其它附件带来的阻力矩。
步骤3中，针对在轨状态和地面试验状态，以及“急停断电”和“急停不断电”两种模式，将“状态”和“模式”排列组合进行力矩校准。
不同的排列组合下校核的方式不同，其中断电模式下以定位力矩校准，不断电模式下以保持力矩校准，地面试验状态下引入重力矩校准，若定位力矩不大于阻力矩或阻力矩与残余重力矩之和，则返回修改机构设计；若保持力矩不大于阻力矩与惯性力矩之和或阻力矩、惯性力矩与残余重力矩之和，则返回修改机构设计。
“急停模式”带来的惯性力矩通过“先小电流驱动定位，后断电保持”的方法使加速度置零，从而消除惯性力矩；地面试验带来的重力矩采用“重力卸载”的方式，在重力卸载工装的帮助下消除重力矩，但工装自身的摩擦力矩和不可能完全消除的重力矩在预估或实测得到数据后将作为“残余重力矩”参与力矩校核。
所述地面试验中的“急停断电模式”，采用“重力卸载”及“先小电流驱动定位，后断电保持”两者组合的方式，组合中优先考虑“重力卸载”方式，在无法实施或极为不便实施重力卸载时，再采用“先小电流驱动定位，后断电保持”的方式。
本发明的实施例采用某天线驱动机构进行说明，其实施步骤如下：
分析天线驱动机构的设计组成，主要由步进电机、谐波减速器、驱动轴及轴承等组成，步进电机最大保持力矩0.4n·m，定位力矩0.07n·m，考虑减速器及其效率，取70％，输出端的保持力矩和定位力矩分别为28n·m和10n·m。分析机构自身摩擦和天线电缆带来的阻力矩约1.3n·m。
天线驱动机构负载的天线及机构的惯量约0.11kg·m2，急停模式下机构所受的惯性力矩约5.4n·m；地面试验状态下机构所受的重力矩约4.3n·m。
针对在轨状态，“急停不断电”模式下，保持力矩远大于惯性力矩和阻力矩之和，值为6.7n·m，完成校核；“急停断电”模式下，定位力矩也大于惯性力矩和阻力矩之和，值为6.7n·m，完成在轨状态的力矩校核。
针对地面试验状态，“急停不断电”模式下，保持力矩远大于惯性力矩、重力矩和阻力矩之和，值为11.2n·m，完成校核；“急停断电”模式下，定位力矩小于惯性力矩、重力矩和阻力矩之和，值为11.2n·m，考虑到天线机构在地面试验过程中难以采用悬挂或气浮方式进行重力卸载，固先采用“先小电流驱动定位，后断电保持”策略并校核，取小电流驱动力矩约为9.5n·m，使得小电流驱动力矩大于重力矩和阻力矩之和，值为5.6n·m，无需再采用其他策略完成校核。
本发明的相关技术特点为：
分别针对在轨状态和地面试验状态，以及“急停断电”和“急停不断电”两种模式，将“状态”和“模式”排列组合进行力矩校准，校准思路完善缜密，适于卫星用步进电机机构的优化设计。
针对不同的设计状态提出不同的解决策略，根据工程研制具体状态选择不同的策略或思路，兼顾并契合了卫星机构的工程研制，具有良好的工程可实现性。
综上，本发明通过分析“急停模式”及“地面试验状态”分别引入的惯性力矩和重力矩带来的影响，其中，急停模式分为断电与不断电模式，在将“状态”和“模式”排列组合以快速有效的进行力矩校准的同时，根据不同校准状态提出不同的优化解决方案。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。