2.2.3.1 Cảm biến xác định tư thế
Bộ mô phỏng ADCS đƣợc lắp ráp chỉ sử dụng từ kế EZ-Compass-3A, có khả năng dựa theo từ trƣờng của trái đất để xác định tƣ thế là các góc theo 3 phƣơng, từ trƣờng theo 3 phƣơng và nhiệt độ môi trƣờng chứa cảm biến.
Cảm biến này bao gồm hai cảm biến đo nghiêng từ đó xác định ra ba véc tơ thành phần của từ trƣờng trái đất. Thiết bị này có thể đo góc phƣơng vị với độ chính xác là
0.5o. Đầu ra của cảm biến dùng giao thức truyền thông RS232. Thiết bị nhận dữ liệu
nhận một chuỗi ký tự có định dạng cho trƣớc và phân tích chuỗi này để thu nhận đƣợc các thông số về tƣ thế. Trong hệ thống ADCS, cổng truyền thông RS232 B của bộ điều khiển trung tâm Rabit3000 đƣợc dùng để giao tiếp với cảm biến EZ-Compass-3A. Có hai chế độ gửi dữ liệu từ cảm biến EZ-Compass-3A: gửi dữ liệu một cách liên tục và gửi dữ liệu mỗi khi nhận đƣợc lệnh truy vấn.
Hình 2.11 EZ-Compass-3A
Bảng 2.2: Một số thông số chính của cảm biến EZ-Compass3A
Đặc tính Thông số
Dải góc phƣơng vị 0o ÷ 360o(deg), liên tục
Dải góc PITCH -90o ÷ 90o (arcdeg), liên tục
Dải góc ROLL -90o ÷ 90o (arcdeg), liên tục
Độ phân giải góc phƣơng vị 12 bit (0.08o)
Độ phân giải góc nghiêng 12 bit, toàn dải, 2 trục
Độ chính xác góc phƣơng vị <0.5o (deg)
Độ lặp lại góc nghiêng <0.05 arcdeg
Từ trƣờng ±2 Gauss, tối đa
Độ phân giải từ <1 mGauss
Nguồn chân 3 7-15 Vdc nguồn có điều chỉnh
Dòng điện 45mA trong quá trình hoạt động
Nhiệt độ -400 ÷ +850C, hoạt động
Nhiệt độ -550 ÷ +1250C, lƣu trữ
Khối lƣợng <12 gam
Hiệu chuẩn EEPROM (không mất dữ liệu khi ngắt nguồn)
Truyền thông 1200 - 38400 baud, 8 bit, không chẵn lẻ
(8 bit, No parity, 1 stop, No flow)
Đặc tính Thông số
Tốc độ cập nhật 10 lần/s
Các chế độ cập nhật 2 lần liên tục và theo yêu cầu
Các kiểu cập nhật Quét có trễ lập trình đƣợc, hệ số lọc và giảm
(programmable scan delay, filter and dumping factor)
Chế độ NMEA-0183 5 dòng liên tục và theo yêu cầu
2.2.3.2 Hệ thống điều khiển cân bằng tĩnh
Mục đích của hệ thống này là để cân bằng cho ADCS có vị trí tƣơng ứng với bàn gá ở vị trí nằm ngang khi hệ thống không chịu ngoại lực tác động và đặt trọng tâm của toàn bộ phần chuyển động của bộ mô phỏng vào trùng với điểm đáy của khớp cầu. Hệ thống này sử dụng các vật nặng và thanh trƣợt khối lƣợng có điều khiển.
Trong giai đoạn đầu, việc cân bằng làm thủ công bằng cách sử dụng các vật nặng (thƣờng là các quả cân bằng đồng) gắn vào các vị trí khác nhau trên và dƣới bàn gá. Tuy nhiên, trong giai đoạn cân bằng tinh ta phải sử dụng hệ thống cân bằng tự động bằng thanh trƣợt khối lƣợng. Có 2 thanh trƣợt khối lƣợng đƣợc bố trí dọc theo trục X và Y của ADCS. Trên mỗi thanh có một vật nặng chạy dọc theo một trục đƣợc điều
khiển bởi một động cơ bƣớc (xem Hình 2.12)
Hình 2.12 Các vật nặng treo và hệ thanh trƣợt khối lƣợng
2.2.3.3 Hệ thống điều khiển dùng bánh xe động lượng
Hệ thống này sử dụng 3 bánh xe động lƣợng để điều khiển 3 trục quay (quanh X, Y, Z), đƣợc tác động bởi 3 động cơ DC. Do vậy việc điều khiển bánh xe động lƣợng thực chất là điều khiển các động cơ một chiều này. Các động cơ sử dụng nguyên lý điều khiển độ rộng xung PWM. Để điều khiển mô men quay quanh mỗi trục, độ rộng xung sẽ đƣợc đặt một giá trị cố định là 80%. Khi động cơ làm quay bánh xe ở trục nào sẽ tạo ra mô men quay quanh trục ấy với chiều ngƣợc với chiều tăng của tốc độ động cơ.
Hình 2.14 Hệ thống điều khiển dùng bánh xe động lƣợng
Bánh xe động lƣợng trên trục Z có tác dụng độc lập để điều khiển bàn gá xoay xung quanh trục Z. Cũng bằng cách đặt độ rộng xung cố định là 80% sẽ tạo ra mô men quay quanh trục ấy với chiều ngƣợc với chiều tăng của tốc độ động cơ. Khi tín hiệu từ cảm biến báo về nằm trong khoảng giá trị chính xác đặt trƣớc (3%, 1% hoặc 0.5%) thì động cơ sẽ dừng lại; nếu xảy ra hiện tƣợng quá độ, động cơ đƣợc điều khiển theo chiều tạo ra mô men ngƣợc lại. Bằng cách này bàn gá sẽ quay tới vị trí mong muốn.
Sau khi đã hoàn thành điều khiển cân bằng tĩnh dùng thanh trƣợt khối lƣợng ở bài toán trƣớc, hệ thống sẽ điều khiển bộ mô phỏng độc lập xoay quanh 3 trục (X, Y, hoặc Z) bằng bánh xe động lƣợng theo sự lựa chọn của ngƣời dùng. Phƣơng pháp điều khiển theo trục x và y là nhƣ nhau. Nếu bàn gá đang ở một ví trí khác 0 (theo trục X và Y) và một trong hai trục này đƣợc chọn để điều khiển, hệ thống điều khiển sẽ khởi động động cơ của trục để tạo mô men xoay về đến vị trí 0
Trƣờng hợp khi thực hiện cân bằng bàn gá mỗi trục sẽ luân chuyển đƣợc điều khiển để tạo mô men xoay cho đến khi bàn gá về vị trí cân bằng nằm ngang.
Trục X - Roll
Trục Y - Pitch Trục Z - Yaw
Hình 2.15 Sơ đồ mạch công suất điều khiển động cơ 1 chiều
2.2.3.4 Hệ thống điều khiển dùng thanh từ lực
Hệ thống này bao gồm 3 thanh từ lực đƣợc gắn theo các phƣơng X, Y, Z có tác dụng để xoay bàn gá từ một vị trí bất kỳ về vị trí 0 cho trƣớc (bàn gá ở vị trí nằm ngang, trục X hƣớng theo từ trƣờng từ bắc đến nam)
Hình 2.16 Hệ thống điều khiển dùng thanh từ lực
Để xoay bàn gá về vị trí 0 hai trục X và Y sẽ luân phiên đƣợc cấp điện để tạo lực từ xoay bàn gá.
Nếu trục X đang ở phía nào gần hơn, bàn gá sẽ chuyển động theo phía đó để giảm thời gian chuyển động