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Dokumentenidentifikation DE69926854T2 29.06.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001002716
Titel Methode und Vorrichtung zur Lageregelung eines Satelliten
Anmelder EADS ASTRIUM SAS, Velizy-Villacoublay, FR
Erfinder Defendini, Ange, 31380 Montjoire, FR;
Lagadec, Kristen, 31400 Toulouse, FR
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte Meinke, Dabringhaus und Partner GbR, 44141 Dortmund
DE-Aktenzeichen 69926854
Vertragsstaaten BE, DE, ES, GB, IT, SE
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 21.07.1999
EP-Aktenzeichen 994018430
EP-Offenlegungsdatum 24.05.2000
EP date of grant 24.08.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.06.2006
IPC-Hauptklasse B64G 1/28(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G05D 1/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Lageregelung eines Satelliten durch Steuerung der Ausrichtung der Rotationsachse des Kreisels von Gyrodynen einer Traube von Gyrodynen, die in dem Satelliten montiert ist.

Ein Beispiel der Lagesteuerung wird in einem Artikel von VADALI AND KRISHNAN "Suboptimal Command Generation for Control Moment Gyroscopes and Fedback Control of Spacecraft" JOURNAL OF GUIDANCE, CONTROL AND DYNAMICS, Band 18, Nr. 6, 1995, S. 1350–1354, oder im Artikel von VADALI, OH AND WALKER "Preferred Gimbal Angles for Single Gimbal Control Moment Gyroscopes JOUNAL OF GUIDANCE, CONTROL, AND DYNAMICS, Band 13, Nr. 6, 1990, S. 1090–1095 gegeben.

Die Gyrodyne oder gyroskopischen Antriebe (gemäß dem angelsächsischen Kürzel mit cmg bezeichnet) unterscheiden sich durch Reaktionsräder, die gewöhnlich zur Lageregelung eines Satelliten durch Wechsel des Drehimpulses benutzt werden, die auf einem Träger, Kardan genannt, montiert sind, die durch wenigstens einen Motor ausrichtbar sind, um wenigstens eine Achse ortogonal zur Rotationsachse des Kreisels. In den meisten Fällen werden die Kreisel auf eine konstante Geschwindigkeit getrimmt oder können wenigstens während ihres Betriebes variabel sein.

Eine Traube von Gyrodynen muss wenigstens drei Gyrodyne tragen, um die Reorientierung einer Dreifachreferenz, verbunden mit dem Satelliten bei allen Einstellungen zu erlauben und wenigstens zwei Gyrodyne für eine Zweiachsensteuerung. In der Praxis benutzt man wenigstens vier Gyrodyne in der Traube, um eine Redundanz sicherzustellen.

Die Gyrodynentraube bildet einen Trägheitsantrieb, dessen Steuerung es erlaubt, ein gegebenes Drehmoment auf die Plattform des Satelliten aufzubringen und ein spezifisches Winkelgeschwindigkeitsprofil, im Allgemeinen durch Fern-Aufladung vom Boden. Das Drehmoment wird durch Geschwindigkeitsaufbringung auf die Kardanachse generiert, derart, um die Kreisel-Präzession zu erzielen. Für den Kreisel der Ordnung i ist das Drehmoment Ci für den gyroskopischen Effekt gegeben durch:

wobei hi das kinetische Moment des Kreisels der Ordnung i und &sgr;i den kardanischen Winkel des Gyroskopes der Ordnung i bezeichnet.

Ein Satellit trägt im allgemein ein Lagesteuerungssystem, welches Signale vom Eingang des Gebers erhält, was die Bestimmung seiner Winkelposition gegenüber einem Verharrungsfestpunkt erlaubt. Dieses System, welches im Allgemeinen eine relativ lange Zeitkonstante hat, erlaubt es, den Satelliten in einer Anweisungseinstellung zu halten durch Steuerung der Motoren der Reaktionsräder oder derjenigen der Kardane, wenn der Satellit mit Gyrodynen ausgestattet ist.

In dem hier betrachteten Fall der Lagekontrolle mit Hilfe einer Gyrodynentraube bestimmt das Steuerungssystem zuerst das aufzubringende Drehmoment und muss dann eine Geschwindigkeit zum Aufbringen auf die Kardane der Gyrodyne ableiten. Die Winkelposition der Kardane varriert im Laufe der Zeit. Die Bereitstellungsfähigkeit des Gesamtmomentes C ist folglich nicht stationär und nicht linear. Man kann es in einer Matrixform schreiben:

wobei A die jakobinische Matrix aij = &dgr;H1/&dgr;&sgr;j mit i = 1 bis 3 und j = 1 bis 4 (oder allgemeiner j = 1 eine der Zahlen der Gyrodynen) ist, Hi die Komponente der Ordnung i des Gesamtkinetischen Momentes der Traube bezeichnet und &sgr;j die Winkelposition des Kardans des Gyrodyns der Ordnung j.

Eine klassische Methode der Führung besteht bei der Kenntnis des aufzubringenden Drehmomentes C darin, das Verhältnis (1) umzukehren, um die Geschwindigkeiten

als den Gyrodynen aufzugebender Wert zu erhalten. Gewisse Zwecke sehen wesentliche Modifikationen der Einstellung des Satelliten innerhalb kürzester Fristen vor. Die Gyrodyne sind insbesondere an diese "agilen" Zwecke angepasst. Zur Zeit benutzt man im Wesentlichen zwei Methoden, um das Geschwindigkeitsprofil zur Aufbringung auf die Träger der Gyrodynen zu bestimmen.

Gemäß einem ersten Verfahren, das man als lokale Steuerung qualifizieren kann, berechnet man bei jedem Drehmomentbetrag die erforderliche Winkelgeschwindigkeit für jeden Träger durch die Formel (2), die zurückkehrt als eine Pseudo-Inversion nach Jacobienne. Der aufzubringende Zwang, um der Redundanz Rechnung zu tragen, ist die Suche nach einer Bewegung mit minimaler Energie.

Die Erfahrung zeigt, dass diese Annäherung häufig dazu führt, ein Gyrodyn aufzugeben, dessen Reorientierung in Richtung der erforderlichen Richtung zu viel der Geschwindigkeit aller Träger verlangt, mit dem Ergebnis, dass schließlich die Traube einen "schlafenden" Kreisel enthält, solange alle die anderen sich in einer entgegengesetzten Richtung regruppieren. Die Traube befindet sich dann in einer singulären Konfiguration: Der Drehimpuls hat ein Maximum in dieser entgegengesetzten Richtung und es ist unmöglich, ein Moment gemäß dieser Richtung zu erhalten.

Es gibt Algorithmen zur Vermeidung lokaler Singularitäten durch das auf Geschwindigkeit bringen der Kardane, wodurch das sich ergebende Gesamtdrehmoment Null ist. Aber diese Algorithmen sind wenig effektiv, da die Annäherung an die Singularität mangels der Vorhersage über das folgende Drehmomentenprofil spät erfasst wird. Man ist folglich gezwungen, die Kapazität der Traube zu überdimensionieren, um sie von den meisten der Singularitäten zu befreien.

Eine andere Annäherung, die man qualifizieren kann als allgemein stetige Führung, impliziert, vor Beginn des Manövers der Änderung der Lage des Satelliten, die bessere Umlaufbahn zu berechnen zur Rekonfiguration der Traube &sgr;(t) während des gesamten Manövers, um den Durchgang in der Nähe einer singulären Konfiguration zu verhindern. Ein solcher Lagebefehl ist bekannt als XP001024700. Die Berechnung ist sehr schwer. Sie muss am Boden gemacht und dann ferngeladen werden.

Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren zum Ziel, welches es erlaubt, sich bei der Lagesteuerung durch Gyrodyne von den Problemen der Singularitäten freizumachen, das Ganze mit Verringerung der Last der begleitenden Rechnung. Die Erfindung erlaubt es darüber hinaus, die Integralität der Kapazität der Traube für die Umsteuerung der Lage des Satelliten auszuwerten.

Hierzu benutzt die Erfindung insbesondere die Tatsache, dass die Kapazität des Drehmomentes eines Gyrodynen nur durch die maximale Rotationsgeschwindigkeit des Antriebsmotors des Kardans begrenzt ist. Die Erfindung benutzt in gleicher Weise die Feststellung, dass es möglich ist, übergangsweise eine singuläre Konfiguration zu durchlaufen, zu Konditionen, die während des Verlaufes der Rekonfiguration der Traube von Gyrodynen in Richtung einer vorbestimmten Anweisung herrschen und während die Kardane in einer erheblichen Winkelgeschwindigkeit angeregt sind.

Folglich schlägt die Erfindung ein Steuerungsverfahren vor für die Lage eines Satelliten durch in Gang setzen eines der Gyrodynen einer Traube (im Allgemeinen wenigstens vier Gyrodyne) mit Kreiseln, die jeweils auf um unterschiedliche Orientierungsachsen drehbar montierten Kardanen auf einer Plattform des Satelliten montiert sind, gemäß Anspruch 1.

Es ist vorteilhaft, einen Anstieg der Geschwindigkeit der Antriebsmotoren der Kardane in der mit dem Halten der Gyrodynen kompartiblen Minimalzeit hervorzurufen, dann ein Stadium der Geschwindigkeit und eine Rückkehr der Geschwindigkeit zu Null hervorzurufen.

Die Erfindung erlaubt auch, die Dauer des Umschwenkens durch Reduktion der Beschleunigungsphasen und der Winkelverzögerung zu Beginn und zum Ende des Manövers zu vermindern. In der Praxis erfolgt der Geschwindigkeitsanstieg augenblicklich in Bezug auf die Reaktionszeit der Steuerung des Systems der Lagekontrolle. Der interne Momentenimpuls wird in die Richtung orientiert, die zum Erhalt des Geschwindigkeitsprofiles und der Lage des Satelliten geeignet ist, ermittelt bevor dieses System nicht eingreift.

Die Existenz einer Redundanz erlaubt über einen Freiheitsgrad in der Wahl der Konfiguration der Traube des Schwenkens zu verfügen. Es ist häufig vorteilhaft, unter den Wahlkriterien eines der folgenden zu wählen:

  • – Quadratwurzel der Determinanten von (AA') maximal, welche aus einer Maximierung der Spanne in Bezug auf Singularitäten hervorgeht;
  • – Minimierung der infiniten Norm des Vektors s, wobei der Vektor s der Vektor der Normen der Linien von A' (A.A')–1 ist, was mit dem Maximum der Steuerbarkeit des 3-Achsen-Drehmomentes der zu erreichenden Konfiguration korrespondiert;
  • – infinite Norm von &sgr; minimal, was einem Zeitminimum der Rekonfiguration der Traube entspricht;
  • – Norm 2 von &sgr; minimal (Rekonfiguration von minimaler Energie).

Das Verfahren erlaubt andererseits eine Beschränkung des Winkelbereiches der Orientierung von jedem Träger durch Begrenzen des Bereiches auf einen vorbestimmten Bereich, beispielsweise von 360°, zu berücksichtigen, man kann so die Verbindung mittels Ringen und Bürsten verhindern und Kabel zum Durchgang der Leistung und der Signale benutzen.

Die Gestaltung der Zuleitungen zu den Trägern beseitigt Singularitäten, das Kontrollsystem der Lage kann residuale Fehler der Lage und der Geschwindigkeit des Satelliten durch das vorangehend erwähnte Inversionsgesetz von Jacobienne kompensieren.

Nach einigen Manövern bleiben die Exkursionen der Winkelposition der Träger um die Sollwertkonfiguration beschränkt; die Desaturationen von der Stand-by-Periode erlauben das Zurückführen der Traube in die kanonische Konfiguration.

Die Erfindung schlägt in gleicher Weise eine Vorrichtung zur Steuerung der Lage gemäß Anspruch 10 vor.

Mit einer solchen Vorrichtung ist es möglich, den Bereich des Winkelausschlages der Kardanachse eines einachsigen Gyrodynen einzuschränken (z.B. zu ±½ Umdrehung). Mit einer solchen Vorrichtung kann man ein Gyrodyn benutzen mit geringer Größe, raumsparend, fähig, um ausreichende Drehmomente zu liefern, um rapide Manöver des Satelliten der Zwischenklassen hervorzurufen, bei denen der Kreisel zwei Flansche umfasst, verbunden mittels einer Welle mit einem viel kleineren Durchmesser als demjenigen der Flansche, und bei dem der Träger Mittel umfasst, auf denen sich die Welle dreht.

Die Charakteristika weiter unten ebenso wie andere ergeben sich besser aus der Lektüre der Beschreibung aufgrund der nachfolgenden Beschreibung einer speziellen Art der Realisation der Erfindung als nicht einschränkendes Beispiel. Die Beschreibung bezieht sich auf die begleitenden Zeichnungen, bei denen:

1 ein perspektivisches Schema darstellt, welches eine mögliche Einrichtung von vier einachsigen Gyrodynen auf einer Traube in kanonischer Position zeigt;

2A und 2B die Variationen des durch ein Gyrodyn aufgebrachten Drehmomentes über die Zeit und eines kinetischen Momentes H, ausgetauscht mit der Plattform für mehrere Profile der Geschwindigkeitsaufbringung, zeigen;

3 ein Gyrodyn zeigt, einsetzbar in eine Vorrichtung nach der Erfindung.

Die 1 zeigt eine Traube mit vier identischen Gyrodynen 10a, 10b, 10c, 10d, von denen jedes einen auf einen Kardan 14 montierten Kreisel 12 aufweist, derart, um um eine Achse 16 rotieren zu können. Ein nicht dargestellter Motor hält die Kreisel in Rotation, allgemein mit einer konstanten Geschwindigkeit. Jedes Kardan ist auf einer Plattform des Satelliten (nicht dargestellt) derart montiert, um um eine Achse 18 senkrecht zur Achse 16 rotieren zu können. Die Achsen 18 haben unterschiedliche Orientierungen. Im dargestellten Beispiel nehmen sie die Kanten einer regelmäßigen Pyramide mit der Spitze 20 ein.

Jeder der Kardane ist mit einem Motor 22 ausgerüstet, von dem lediglich einer dargestellt ist, der es erlaubt, sie um die entsprechende Achse 18 zu drehen. Ein Winkelmessfühler 24 vermittelt eine Lageinformation des Kardans und daher der Ebene der Räder 12.

Die Beibehaltung des Satelliten in einem Lage-Sollzustand innerhalb eines Beharrungszustandes wird durch ein System der Lagesteuerung sichergestellt, das von einem an sich bekannten Typ sein kann. Es trägt ein Rechenorgan 26 und die Steuerung des Motors 22, welches die Orientierungssollwerte von einem Sender-Empfänger 28 empfängt in Verbindung mit dem Boden (der Erde) und Messfühlern für die Sterne und dem irdischen Horizont etc. Dieses Organ steuert die Leistungskreise 32 zur Versorgung der Motoren. Dieses System hat im Allgemeinen eine relativ lange Zeitkonstante von einigen Sekunden bis mehreren zehn Sekunden.

Die Einrichtung trägt in gleicher Weise zusätzliche Steuerungsmittel 34, von denen die auf die Kardane der Gyrodyne aufzugebenden Endpositionen heruntergeladen werden, um ein Manöver der Reorientierung des Satelliten hervorzurufen. Wie weiter oben ausgeführt, wird diese Endposition aller Gyrodyne ausgehend von der Hypothese, dass die Rekonfiguration beendet sein wird, bevor das System der Kontrolle der Lage nicht interveniert, um die Differenz zwischen der reellen Lage und der Sollwertlage des Satelliten in einem Beharrungszustand zu annulieren, berrechnet.

Die Rekonfiguration der Traube ergibt sich durch eine quasi augenblickliche unabhängige Reorientierung der Kreiselachsen und nicht durch das schrittweise Folgen einer stetig vorbestimmten Bahn.

Die Anfangskonfiguration ist nicht singulär und die Endkonfiguration wird berechnet, um in gleicher Weise nicht singulär zu sein. Die Zwischenkonfigurationen sind derartig übergangsweise, dass ein unwahrscheinlicher Verlust des Ranges von Jacobienne virtuell unbemerkt das Lagekontrollsystem 26 durchläuft.

Es ist daher nicht mehr notwendig die Kontrollkapazität der Traube zu überdimensionieren, um Singularitäten zu vermeiden. Man kann die volle Kapazität des Drehmomentes der Traube einsetzen, um die Manöver zu verwirklichen. Ein Teil des gewonnenen Spielraumes kann für die Transistoren der Beruhigung und der Verfeinerung der Steuerung der Trägheitsachsen am Ende des Umschwenkens vorbehalten werden.

Die Verzögerung der Geschwindigkeit in der Spitze des Umschwenkens, die erhalten wird Dank der Reduktion der Dauer der Beschleunigungs- und der Verzögerungsphasen, ergibt sich aus den 2A und 2B.

Unter Annahme eines erhöhten Drehmomentes verleiht man dem Geschwindigkeitsprofil, wiedergegeben durch das Profil der Drehimpulse, eine rechteckige Form (die durchgezogenen Linien in den 2A und 2B).

Die Kapazität des maximal erforderlichen Drehimpulses für die Traube, um einen Austausch des Gesamtdrehimpulses hervorzurufen, ist zweifach geringer als in dem Fall des schwächeren Drehimpulses, dargestellt durch eine gestrichelte Linie. Nun ist die Kapazität des Drehimpulses ein wesentlicher Faktor der Dimensionierung der Traube (Masseabmessungen und Rotationsgeschwindigkeiten der Kreisel), während die Kapazität des Drehmomentes eines Gyrodyns nur durch die maximale Rotationsgeschwindigkeit des Motors des Kardans beschränkt ist.

Es ist folglich vorteilhaft, ein rechteckiges oder trapezuides Profil des Drehimpulses zu suchen mit einer langen konstanten Phase. Die Einstellung der Neigungen vom Start bis zur Ankunft stellen die Kontinuität des Profiles in Bezug auf die Anfangs- und Endbedingungen der spezifischen Winkelgeschwindigkeit dar.

In dem extremen Fall eines rechteckigen Profiles ist die Führung der Traube sehr einfach, weil es reicht, eine Konfiguration &dgr; des Sollwertes für die Traube zu berechnen, so dass H(&dgr;) = Isat&OHgr;sat (wobei &OHgr;sat die Winkelgeschwindigkeit ist) anstelle einer stetigen Flugbahn &dgr;(t).

Hierzu wird an jeden Motor ein Sollwert der Position in offener Schleife zu Beginn jedes Manövers übermittelt. Die Positionssteuerung benutzt eine Winkelcodierung und reorientiert das Kardan äußerst schnell; die einzige Beschränkung ist die Durchlassbreite der Kontrolle der Kardanmotoren und deren maximale Geschwindigkeit.

Der interne Drehimpuls wird in einer quasi augenblicklichen Art und Weise reorientiert in Bezug auf die Ansprechzeit der Steuerung der Kontrolle der Einstellung. Wenn notwendig, kann das System der Lagekontrolle außer Betrieb gesetzt werden, während die Rekonfiguration der Traube oder sein Steuerungsmoment auf einen sehr geringen Wert zur Kapazität der Gyrodynen begrenzt wird. Hierzu kann man Sättigungs- oder Filtertechniken benutzen. Die Motoren der Kardane können Schrittmotoren sein. Man kann auch die Schleife der Positionssteuerung weglassen bis der Schrittmotor direkt in Position gesteuert ist. Die Kontrolle der Mikrostörungen und der Unkontrolliertheiten kann daher nicht durch kleine Reorientierungen der Kardanachsen sichergestellt werden, sondern durch die Beschleunigung oder die Verzögerung der Trägheitskreisel. Das System ähnelt daher einem instationären Gebinde von Reaktionsrädern.

Wenn einmal die Traube rekonfiguriert ist, wird der Satellit von der richtigen Geschwindigkeit um die gewollte Achse angetrieben aus Unsicherheiten über Trägheiten und die Naheinstellungen.

Wenn die Rekonfiguration nicht augenblicklich erfolgt, entsteht ein Einstellfehler in Bezug auf das theoretische Sollwertprofil, das System der Lagekontrolle muss diesen Fehler annulieren.

Da die Anfahrkonfiguration der Kardane ziemlich entfernt von einer Singularität gewählt wird, kann das Lagekontrollsystem diese Fehler ohne Schwierigkeit durch ein klassisches lokales Leitgesetz der Traube kompensieren. Selbst am Ende von mehreren Manövern bleiben die Positionsabweichungen der Kardane um die Sollwertkonfiguration begrenzt und die Traube kann während der Desaturierungsphasen in der Stand-by-Periode in eine kanonische Konfiguration zurückkehren.

Jedes der Gyrodnye kann wie in 3 gezeigt konstruiert sein. Das Gyrodyn trägt somit einen Sockel 110, der mit einer dichten Hülle 112 ein Volumen definiert, in dem die Gesamtheit des Antriebes untergebracht ist. Auf dem Sockel ist ein Schwenkmechanismus befestigt, der einen stationären Teil 114 aufweist und einen rotorierenden Teil, der einen Träger 116 bildet. Der stationäre Teil 114 wird von einer Muffe gebildet, auf der die Führungsmittel 118 (z.B. auf Kugellager drehbar) eines zum anderen auf Abstand angeordnet sind, um eine präzise Ausrichtung zu einer Schwenkachse 120 zu geben, um die sich ein Rohr 122 dreht, welches zum Träger gehört.

Die stationären und die rotierenden Teile tragen in gleicher Weise die Komponenten eines Drehmomentenmotors mit elektronischer Vermittlung 124 mit Permanentmagneten auf dem rotierenden Teil.

Die Durchgänge des elektrischen Stromes zwischen den rotierenden und den stationären Teilen können durch Drehverbindung 126 mit Ring und Bürsten bewirkt werden, in der Anzahl von drei auf der Zeichnung dargestellt.

Die Winkelposition des Trägers oder des rotierenden Teiles wird in jedem Augenblick mittels eines Codierers 138 gegeben, der einen an dem stationären Teil 114 fixierten Teil aufweist und einen Rotor über mit dem Rohr 122 durch ein elastisches Kuppelelement 140 verbunden ist.

Man kann insbesondere einen optischen Codierer am inkrementellen Ausgang in Form quadratischer Signale benutzen. Diese Signale können durch eine Elektronik der Näherung bearbeitet werden, fähig in einem periodischen Modus für die Endauswertung zu arbeiten und dem Frequenzmodus bei dem Schwenken mit einer großen Geschwindigkeit.

Die Ausgangssignale des Codierers können in mehreren von Regel- und Messschleifen benutzt werden:

  • – Eine Autopilotschleife des Motors, die die Kommunikation der Phasen und der Kontrolle der Phasenströme in Abhängigkeit von der augenblicklichen Position bewirken;
  • – Messung der Orientierung des Kreisels und die Kontrolle der augenblicklichen Geschwindigkeit des Verschwenkens für die Kontrolle, ausgeübt auf den Satelliten.

Am Ende des Rohres 116 ist eine Hülse 128 befestigt, die Führungen 130 trägt, die die Rotationsachse 132 eines Kreisels 134 festlegen, die kann als Träger von zwei Flanschen 136 verbunden mit Hilfe einer Hohlwelle 142 betrachtet werden.

Diese Einrichtung erlaubt es, den Durchmesser der Rolllager 130 zu wählen, derart, um den bestmöglichen Kompromiss sicherzustellen zwischen dem mechanischen Halten anlässlich des Startes und nach einer wesentlichen Lebensdauer im Orbit, eine Viskosekopplung mit akzeptablem widerstand und einer Eigenfrequenz der Biegung der Welle außerhalb des Bereiches der Störfrequenz geeignet, um appliziert zu werden. Um die Verschmutzung des Inneren der Hülle 112 zu vermeiden, können die Kugellager mit Ablenkblechen versehen sein, die verhindern, dass örtlich eingelagertes Öl nicht entweicht.

Der Kreisel wird einer Rotation in einer erhöhten Geschwindigkeit unterworfen, im Allgemeinen konstant. Ein Beaufschlagungsmotor für den Kreisel trägt, im in der Figur dargestellten Falle, einen Drehmomentenmotor 144 ohne Bürsten und ohne Eisen, allgemein mit elektronischer Vermittlung, bei dem die Kopplung die Verlustleistungen durch Reibung kompensiert. Er kann im Allgemeinen auch einen passiven Ringrotor tragen, der Peripherie einer der Flansche 136 zugehörig, und eine Wicklung 148, versorgt durch die Zwischenschaltung der Verbindung 126 und befestigt an einer Felge 158, parallel zum Flansch und fest an der Hülse 128. Die Elektronik 150 zur Steuerung und zur Regelung der Geschwindigkeit 144 kann auf einem oder mehreren Karten gedruckter Schaltkreise angeordnet sein, eingefügt in das Innere der Felge 158 parallel zu dem Flansch, der mit dem Motor verbunden ist und dem man eine champignon-artige Form gegeben hat.

Die Rotationsgeschwindigkeit wird durch ein Tachometer 152 gemessen, der einen Kranz 154 aufweist, der am anderen Flansch 136 befestigt und ein aktives Teil 156 einem zweiten Radkranz zugehörig, ähnlich demjenigen, der die Wicklung 148 trägt. Der zweite Radkranz kann eine Karte 160 zur Behandlung der Signale enthalten, die durch das Tachometer geliefert werden, mit dem Äußeren durch einen der Drehkontakte 126 verbunden.

Das Tachometer 152 ist vorteilhaft ohne Kontakte. Man kann insbesondere ein Tachometer benutzen, welches über optoelektronische Kopplungen verfügt. Jeder Koppler umfasst beispielsweise wenigstens eine elektro-lumineszierende Diode und wenigstens einen durch den Radkranz getragenen Fototransistor, der mit dem ringförmigen Kranz 154 zusammenwirkt, der einen Wechsel von Übertragungszonen und Abdeckungen für einen Strahl zwischen der elektrolumineszierenden Diode und dem Fototransistor aufweist.

Die Versorgungsmittel der Motoren 144 von einer externen, nicht dargestellten Quelle können auf einer Karte 162 montiert sein, um die Basis des Ständerbereiches 114 herum. Die Versorgungsmittel der Schwenkmotoren 124 können auf einer anderen Karte 16 positioniert sein. Die Verbindung, nach außen, nicht dargestellt, erlaub die Steuerung des Schwenkens von einem externen Kreis aus.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Kontrolle der Lage eines Satelliten durch Steuerung der Geschwindigkeit von kardanischen Gyrodynen einer Traube von Gyrodynen mit Kreiseln, die jeweils auf drehbaren Kardanen auf einer Plattform des Satellitens um unterschiedliche Orientierungsachsen montiert sind, wobei:

    – man auf der Grundlage der anfänglichen Lage und der Winkelgeschwindigkeit des Satelliten, auf der Grundlage der gewünschten Endlage und der Winkelgeschwindigkeit des Satelliten und auf der Grundlage einer eingeräumten Zeitdauer beim Durchgang der anfänglichen Bedingungen zu den Endbedingungen, wobei dieser Durchgang Manöver genannt wird, eine Konfiguration der Traube bestimmt, besagte Konfiguration der Anweisung, entfernt von der gesamten singulären Konfiguration sowie den Austausch des Drehimpulses zwischen der Traube der Gyrodynen und dem Satelliten, während eine zugeteilte Dauer das gewünschte Lagemanöver hervorruft,

    – entsprechend simultan und unabhängig führt man die Orientierung jedes Kardans in seiner Ausrichtung gemäß Anweisung herbei dank einer Winkelpositionsanweisung, in offener Schleife der lokalen Steuerung in der Winkelposition der Kardane übermittelt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Hochlaufen beinah sofort gegenüber der Ansprechzeit des Steuerns eines gesamten Systemes der Lagekontrolle hervorruft.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Aktion der allgemeinen Lagekontrolle des Satelliten während der Rekonfiguration der Traube eingrenzt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Aktion durch Sättigung oder Filtern des Kontrollmomentes begrenzt, erfordert vom System der Lagekontrolle.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Traube von 1-achsigen Gyrodynen gebildet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man, wobei die Traube von wenigstens vier Gyrodynen gebildet wird, zur Anweisungskonfiguration unter den möglichen Konfigurationen der Traube diejenige wählt, die ein Auswahlkriterium optimiert ausgewählt unter:

    – Quadratwurzel der Determinanten von (AA') maximal, was hinausläuft auf eine Maximierung der Spanne in Bezug auf Singularitäten, wobei A' eine jakobische Matrix (&dgr;Hi/&dgr;&sgr;j) mit i = 1 bis 3 und j = 1 bis 4 ist, wobei Hi die Komponente der Ordnung i des gesamten Drehimpulses der Traube bestimmt, und &sgr;j die Winkelposition des Kardans des Gyrodyns der Ordnung j ist;

    – Minimierung der infiniten Norm des Vektors s, wobei der Vektor s der Vektor der Liniennormen von A' (A.A')–1 ist, was dem Maximum der Lenkbarkeit des 3-achsigen Momentes der Anfangskonfiguration entspricht;

    – infinite Norm von &sgr; minimal, was einem Minimum an Rekonfigurationszeit der Traube entspricht;

    – Norm 2 von &sgr; minimal, was einer Rekonfiguration von minimaler Energie entspricht.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man den Winkelbereich des Ausschlages jedes Kardans beschränkt.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man jeden Kreisel mittels eines Motors Schritt für Schritt reorientiert.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Signale und Kraft auf das Kardan mit Hilfe eines Kabelbündels leiten läßt.
  10. Vorrichtung zur Steuerung der Lage eines Satelliten mit:

    – einer Traube von wenigstens drei Gyrodynen (10a–10d) für eine 3-achsige Steuerung oder wenigstens zwei Gyrodynen für eine 2-achsige Steuerung, die Kreisel aufweisen, jeweils auf rotierbaren Kardanen auf einer Plattform des Satelliten um unterschiedliche Ausrichtungsachsen montiert und dadurch gekennzeichnet, dass sie in gleicher Weise umfasst:

    – Kontrollmittel, die eingerichtet sind, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen und bestimmt sind auf der Grundlage der anfänglichen Lage und der Winkelgeschwindigkeit des Satellitens, der gewünschten Endlage und der Winkelgeschwindigkeit des Satellitens auf der Grundlage einer eingeräumten Zeitdauer beim Durchgang der anfänglichen Bedingungen zu den Endbedingungen, wobei dieser Durchgang Manöver genannt wird, eine Konfiguration der Traube, welche die Konfiguration der Anweisung, entfernt von der gesamten singulären Konfiguration sowie dem Austausch des Drehimpulses zwischen der Traube der Gyrodynen und dem Satelliten während eine zugeteilte Dauer das gewünschte Lagemanöver hervorruft, und zum Betätigen der Motoren des Kardans, um simultan und unabhängig die Orientierung jedes Kardans hervorzurufen auf seiner ihm zugewiesenen Orientierung dank einer Winkelpositionsanweisung, in offener Schleife der lokalen Steuerung in der Winkelposition der Kardane übermittelt.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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