Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2026
Идентификатор DOI: 10.26732/j.st.2026.1.01
Ключевые слова: electromagnetic weight compensation system, modaltesting of aerospace equipment, weightlessness algorithm, current amplifier, artificial weightlessness, gravitational unloading, электромагнитная система компенсации веса, модальные испытания аэрокосмической техники, алгоритм обезвешивания, усилитель тока, искусственная невесомость, гравитационная разгрузка
Аннотация: В статье изложены результаты аналитического расчёта и разработки алгоритма управления активной электромагнитной системой компенсации веса, предназначенной для проведения модальных испытаний крупногабаритных слабодемпфированных конструкций космических аппаратов. Подробно описаны принцип действия системы, её конструктивная схема, вклПоказать полностьюючающая неподвижные элементы (стальной корпус, постоянный магнит, стальной диск, энкодер, аэростатический подшипник) и подвижные компоненты (медная катушка, шток, измерительная линейка), а также математическая модель динамики на основе законов физики. Предложен оригинальный алгоритм формирования управляющего сигнала в виде кода цифро-аналогового преобразователя, основанный на калибровочной зависимости от текущей координаты подвижного элемента. Этот подход обеспечивает одновременную точную компенсацию гравитационной силы, формирование заданной возвращающей жёсткости (эффект «электропружины») и генерацию синусоидального возбуждающего воздействия с требуемыми амплитудой и частотой. Особое внимание уделено проблеме паразитной вязкости, возникающей при использовании источника напряжения из-за индуцированной ЭДС. Разработанный специализированный усилитель тока полностью устраняет данный эффект, гарантируя прямую пропорциональность возбуждающей силы задаваемому сигналу без искажений. Экспериментальные испытания подтвердили высокую эффективность предложенных решений: погрешность воспроизведения вибровозбуждающей силы не превысила ±5,5 % по амплитуде. Полученные результаты свидетельствуют о готовности системы к практическому применению для наземного моделирования условий невесомости при отработке аэрокосмической техники. The article presents the results of analytical calculation and development of the control algorithm for the active electromagnetic weight compensation system, which is intended for conducting modal tests of large-scale weakly damped spacecraft structures. The article provides a detailed description of the system's operation principle, its design scheme, which includes fixed elements (a steel housing, a permanent magnet, a steel disk, an encoder, and an aerostatic bearing) and movable components (a copper coil, a rod, and a measuring ruler), as well as a mathematical model of dynamics based on the laws of physics. An original algorithm for generating a control signal in the form of a digital-to-analog converter code based on a calibration dependence on the current coordinate of the movable element is proposed. This approach provides simultaneous precise compensation of the gravitational force, the formation of a specified return stiffness (the «electro-spring » effect), and the generation of a sinusoidal excitation signal with the required amplitude and frequency. Special attention is paid to the problem of parasitic viscosity that occurs when using a voltage source due to induced electromotive force. The developed specialized current amplifier completely eliminates this effect, ensuring that the excitation force is directly proportional to the specified signal without distortion. Experimental tests have confirmed the high efficiency of the proposed solutions, with an error in reproducing the vibration excitation force of no more than ±5.5 % in amplitude. These results demonstrate that the system is ready for practical use in ground-based simulations of weightlessness conditions for the development of aerospace technology.
Журнал: Космические аппараты и технологии
Выпуск журнала: Т.10, №1
Номера страниц: 5-15
ISSN журнала: 26187957
Место издания: Железногорск
Издатель: Технологическая платформа "Национальная информационная спутниковая система"