一种卫星太阳翼展开铰链刚度优化方法和系统与流程

所属的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是一一但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram),只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

背景技术：

1、随着这几年商业航天产业的高速发展，对低轨小卫星的需求越来越大；同时卫星载荷和设备的集成度越来越高，功耗也越来越大，对太阳翼光照面积需求不断变大；为了减小卫星的包络尺寸，提高太阳翼收纳比，多折太阳翼在小卫星中也越来越常见。

2、针对传统的多折太阳翼，通过同步展开机构，可有效规划展开路径，避免展开过程中与卫星舱体及其他设备发生干涉或碰撞，对太阳翼带来不利的影响；而小卫星的太阳翼面积相对较小，展开时间也短，采用同步展开机构会相对大幅增加小卫星的重量，同时增加一个串联单元，也会使系统可靠性降。

3、目前小卫星，特别是100kg以下的微型卫星，太阳翼大多不采用同步展开机构，仅通过几组铰链实现展开，但如果铰链刚度不进行设计，展开过程中存在一定风险，目前往往仅凭借经验进行铰链刚度选择，需要大量设计反复，并且在设计阶段难以得到验证。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种卫星太阳翼展开铰链刚度优化方法和系统。

2、本发明的一种卫星太阳翼展开铰链刚度优化方法的技术方案如下：

3、对用于安装在卫星上的太阳翼的展开过程进行建模，得到太阳翼展开模型；

4、并将所述太阳翼的根部铰链和每个板间铰链的刚度作为优化设计变量，并分别赋予初始值；

5、基于梯度的优化算法，并结合目标函数计算所有铰链之间的相对刚度，所有铰链包括太阳翼的根部铰链和所有的板间铰链；

6、利用所述太阳翼的期望展开时长，对所有铰链之间的相对刚度进行归一化处理，计算得到每个铰链的刚度值；

7、根据每个铰链的刚度值进行相应选型，得到每个铰链对应的待选铰链产品；

8、在太阳翼展开模型中，向所述太阳翼展开模型分别添加多组待选铰链产品的结构和刚度，并进仿真计算，得到多个仿真计算结果，从所有仿真计算结果中确定最优仿真计算结果，将最优仿真计算结果对应的一组待选铰链产品，确定为最终选定的铰链产品。

9、本发明的一种卫星太阳翼展开铰链刚度优化系统的技术方案如下：

10、包括建模模块、计算模块、归一化模块、选型模块、仿真模块和确定模块；

11、所述建模模块用于：对用于安装在卫星上的太阳翼的展开过程进行建模，得到太阳翼展开模型，并将所述太阳翼的根部铰链和每个板间铰链的刚度作为优化设计变量，并分别赋予初始值；

12、所述计算模块用于：基于梯度的优化算法，并结合目标函数计算所有铰链之间的相对刚度，所有铰链包括太阳翼的根部铰链和所有的板间铰链；

13、所述归一化模块用于：利用所述太阳翼的期望展开时长，对所有铰链之间的相对刚度进行归一化处理，计算得到每个铰链的刚度值；

14、所述选型模块用于：

15、根据每个铰链的刚度值进行相应选型，得到每个铰链对应的待选铰链产品；

16、所述仿真模块用于：在太阳翼展开模型中，向所述太阳翼展开模型分别添加多组待选铰链产品的结构和刚度，并进仿真计算，得到多个仿真计算结果；

17、所述确定模块用于：从所有仿真计算结果中确定最优仿真计算结果，将最优仿真计算结果对应的一组待选铰链产品，确定为最终选定的铰链产品。本发明有益效果如下：

18、通过几组铰链可实现太阳翼展开，不采用同步展开机构，不增加卫星的重量，而且通过对不同铰链的刚度，通过仿真模拟，相当于在设计阶段得到验证，确定对铰链产品的选择，提高卫星的可靠性，最终实现太阳翼近似同步展开。

技术特征：

1.一种卫星太阳翼展开铰链刚度优化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种卫星太阳翼展开铰链刚度优化方法，其特征在于，所述目标函数为第一函数，所述第一函数为：e表示所述太阳翼的整个展开过程的不同步性指标，i表示在所述太阳翼的展开过程中的第i个预设时刻，ei表示在ei时刻时，太阳展开的不同步性指标，ki表示ei的预设权重系数，n表示预设时刻的数量；

3.根据权利要求2所述的一种卫星太阳翼展开铰链刚度优化方法，其特征在于，基于梯度的优化算法，并结合目标函数计算所有铰链之间的相对刚度，包括：

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种卫星太阳翼展开铰链刚度优化方法，其特征在于，利用所述太阳翼的期望展开时长，对所有铰链之间的相对刚度进行归一化处理，计算得到每个铰链的刚度值，包括：

5.根据权利要求1至3任一项所述的一种卫星太阳翼展开铰链刚度优化方法，其特征在于，所述梯度的优化算法为梯度下降法或随机梯度法。

6.一种卫星太阳翼展开铰链刚度优化系统，其特征在于，包括建模模块、计算模块、归一化模块、选型模块、仿真模块和确定模块；

7.根据权利要求6所述的一种卫星太阳翼展开铰链刚度优化系统，其特征在于，所述目标函数为第一函数，所述第一函数为：e表示所述太阳翼的整个展开过程的不同步性指标，i表示在所述太阳翼的展开过程中的第i个预设时刻，ei表示在ei时刻时，太阳展开的不同步性指标，ki表示ei的预设权重系数，n表示预设时刻的数量；

8.根据权利要求7所述的一种卫星太阳翼展开铰链刚度优化系统，其特征在于，所述计算模块具体用于：

9.根据权利要求6至8任一项所述的一种卫星太阳翼展开铰链刚度优化系统，其特征在于，所述归一化模块具体用于：

10.根据权利要求6至8任一项所述的一种卫星太阳翼展开铰链刚度优化系统，其特征在于，所述梯度的优化算法为梯度下降法或随机梯度法。

技术总结
本发明涉及卫星技术领域，尤其涉及一种卫星太阳翼展开铰链刚度优化方法和系统，方法包括：得到太阳翼展开模型；基于梯度的优化算法，并结合目标函数计算所有铰链之间的相对刚度，利用所述太阳翼的期望展开时长，对所有铰链之间的相对刚度进行归一化处理，计算得到每个铰链的刚度值；并得到每个铰链对应的待选铰链产品；向所述太阳翼展开模型分别添加多组待选铰链产品的结构和刚度，并进仿真计算，将最优仿真计算结果对应的待选铰链产品，确定为最终选定的铰链产品，而且通过对不同铰链的刚度，通过仿真模拟，相当于在设计阶段得到验证，确定对铰链产品的选择，提高卫星的可靠性。

技术研发人员：严洲,李全贺,姜秀鹏,高恩宇
受保护的技术使用者：北京微纳星空科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13