Шарнир рефлектора зонтичного типа, способ и система управления раскрытием рефлектора Российский патент 2024 года по МПК H01Q15/20 F16C11/04 

Настоящее изобретение относится к шарнирным узлам, способу и системе управления процессом раскрытия складных рефлекторов космических антенн зонтичного типа.

Из предшествующего уровня техники известны различные упругие бесприводные шарнирные элементы, применяемые для раскрытия трансформируемых конструкций космического назначения. В авиакосмической технике такие шарниры обычно изготавливаются из полимерных композиционных материалов ПКМ (углепластик), обладающих уникальными свойствами - при весьма небольшой массе, ПКМ обладают достаточной жесткостью и упругостью. Чаще всего в качестве исполнительного устройства в шарнирах используют пластины, выполненные из ПКМ. Механизм раскрытия упругих бесприводных шарниров един вне зависимости от количества и геометрической формы исполнительных устройств. Углепластиковые пластины при деформировании и переводе шарнира в транспортировочное положение накапливают механическую энергию, которую высвобождают после снятия нагрузки, стремясь вернуть устойчивое состояние пластины. Высвобождение накопленной энергии генерирует движущую силу, раскрывающую трансформируемую конструкцию.

От геометрических размеров и физико-механических свойств упругих пластин зависит момент силы, возникающий при раскрытии трансформируемых конструкций. Для увеличения жесткости и момента силы исполнительных устройств шарнира, выполненных из ПКМ, часто прибегают к формированию сложного профиля пластин в виде «корыта», (RU2291528, RU2414028C1, SU946279) или изготовлению сегмента трубы с цилиндрической стенкой, включающей удлиненную прорезь (RU197645U1, US7009578). К недостаткам указанных выше патентов относится то, что усложнение профиля исполнительных устройств приводит к возникновению пластических деформаций, и как следствие, к разрушению материала пластин, потере момента силы, изменению исходной формы пластин и соосности в раскрытом состоянии. Так же к недостаткам следует отнести резкое и неконтролируемое высвобождение накопленной механической энергии при раскрытии, приводящее к возникновению колебаний всей конструкции.

Известен шарнир трансформируемого рефлектора зонтичного типа (RU280522), в котором упругая профилированная лента, генерирующая упругую движущую силу раскрытия, размещена между диском-опорой и диском-фиксатором спицы с жестким закреплением одного конца упругой профилированной ленты на рабочей поверхности диска-опоры, а другого - на рабочей поверхности диска-фиксатора. Диск-опора и диск-фиксатор соединены с помощью размещенных на их торцевых поверхностях планок, посаженных на подшипники в центральные отверстия диска-опоры и диска-фиксатора, что обеспечивает возможность перемещения подвижного диска-фиксатора по неподвижному диску-опоре. Кроме того, диск-опора и диск-фиксатор соединены при помощи закрепленных на их торцевых поверхностях скоб, снабженных нагревательными элементами, обеспечивающих плавность процесса раскрытия за счет выполнения их из материала с памятью формы. Этот шарнир принят за прототип.

Процесс перевода шарнира по патенту RU2805228 из рабочего положения в транспортировочное осуществляется после нагрева скоб из полимера с эффектом памяти формы с помощью внешних нагревательных элементов, в качестве которых использована нихромовая нить (d=0,1 мм), намотанная по спирали с шагом 1 мм на всю длину скоб. Нагрев осуществляется до температуры, определяющей переход полимера в высокоэластическое состояние, при этом скобы размягчаются и не препятствуют деформированию упругой профилированной ленты, выполняющей роль генератора упругой движущей силы. После размягчения скоб осуществляется перевод шарнира в транспортировочное положение и его фиксация до момента остывания скоб (перехода полимера в стеклообразное состояние), когда скобы приобретают достаточную жесткость для удержания и фиксации упругой профилированной ленты в напряженно-деформированном состоянии транспортировочного положения. Процесс раскрытия шарнира начинается после повторного нагрева скоб внешними нагревательными элементами - происходит инициация эффекта памяти формы. При этом наблюдается восстановление исходной формы скоб, заданной в процессе 3D печати, наблюдается плавное снижение их жесткости и сопротивления упругой профилированной ленте, находящейся в напряженном деформированном состоянии.

Несмотря на то, что в указанном изобретении решена проблема возникновения пластической деформации упругой профилированной ленты за счет направляющих, выполненных в виде диска-фиксатора и диска-опоры, обеспечивающих ее оптимальный профиль, существует проблема отсутствия обратной связи с шарниром и невозможен контроль процесса его раскрытия.

Задачей изобретения является осуществление контроля и управления процессом раскрытия шарнира, и обеспечение обратной связи с шарниром.

Поставленная задача решена тем, что известный шарнир рефлектора зонтичного типа, содержащий упругую профилированную ленту, генерирующую упругую движущую силу раскрытия, размещенную между диском-опорой и диском-фиксатором спицы с жестким закреплением одного конца упругой профилированной ленты на рабочей поверхности диска-опоры, а другого - на рабочей поверхности диска-фиксатора спицы, при этом диск-опора соединен с диском-фиксатором спицы с помощью боковых планок, посаженных на подшипники в центральные отверстия диска-опоры и диска-фиксатора с обеспечением возможности перемещения диска-фиксатора относительно диска-опоры, а также снабженных нагревателями скоб, выполненных из материала с памятью формы, закрепленных на торцевых поверхностях дисков, для обеспечения плавности процесса раскрытия, согласно изобретению, дополнительно содержит датчик температуры и переменный резистор, состоящий из резистивной дорожки в форме кругового сектора и ползунка, причем резистивная дорожка размещена на торцевой поверхности диска-фиксатора вокруг подшипника, а ползунок установлен на внутренней стороне боковой планки над резистивной дорожкой с обеспечением электрического контакта между ними, при этом датчик температуры установлен на нагревателе скоб.

Поставленная задача также решена тем, что способ раскрытия шарнира, заключающийся в нагреве скоб, выполненных из полимера с эффектом памяти формы, до температуры, определяющей переход материала скоб в высокоэластическое состояние, при которой скобы размягчаются, что способствует деформированию упругой профилированной ленты, и перемещению диска-фиксатора относительно диска-опоры, согласно изобретению, дополнительно включает этапы, выполняемые на компьютерной системе, определение начального и конечного положения диска-фиксатора; вычисление времени перемещения диска-фиксатора из начального положения в конечное положение (время раскрытия); определение реального положения диска-фиксатора с помощью получения сигнала от переменного резистора и его оцифровки; получение сигнала от датчика температуры на нагревателях скоб и его оцифровки; сравнение оцифрованного сигнала датчика температуры с теоретически вычисленными к настоящему моменту времени значениями температуры нагрева скоб; принятие решения о понижении или повышении напряжения, подаваемого на нагреватели скоб; отображение на дисплее данных с переменного резистора и датчика температуры, а также времени раскрытия.

Поставленная задача также решена тем, что система управления, реализующая способ раскрытия шарнира, содержит в своем составе блок питания, стабилизатор напряжения, ключ, переключаемый широтно-импульсным модулированным (ШИМ) сигналом, вычислительный блок, в который входят два аналого-цифровых преобразователя (АЦП) - АЦП1 и АЦП2, и микроконтроллер, причем микроконтроллер, имеет возможность получения сигналов: через АЦП1 от переменного резистора, состоящего из резистивной дорожки в форме кругового сектора, и ползунка, расположенных, соответственно, на торцевой поверхности диска-фиксатора и на внутренней стороне боковой планки шарнира, обеспечивающего определение положения шарнира в процессе раскрытия; а также через АЦП2 от датчика температуры, установленного на нагревателе скоб, выполненных из материала с эффектом памяти формы, и обеспечивающего определение температуры нагрева скоб; а также возможность передачи ответного сигнала на нагреватель скоб, через ключ, переключаемый широтно-импульсным модулированным сигналом, о выполнении операции понижения или повышения напряжения, обеспечивающего контроль температуры скоб.

Система управления содержит дисплей для отображения на нем информации от переменного резистора (начальное/конечное и реальное положение шарнира), от датчика температуры (температура скоб), а также о времени раскрытия шарнира.

Система управления содержит, по меньшей мере, три тактовые кнопки, для осуществления следующих команд: задать начальное положение шарнира, задать конечное положение шарнира, начать нагрев скоб, остановить нагрев скоб, изменить значение заданной температуры, задать время раскрытия, изменить время раскрытия.

Технический результат настоящего изобретения, выраженный в получении обратной связи о процессе раскрытия шарнира в режиме реального времени, осуществлении контроля и управления процессом раскрытия шарнира за заданное время, обеспечен установкой в конструкцию известного шарнира переменного резистора и датчика температуры; разработкой системы управления, в составе блока питания, стабилизатора напряжения, ключа, переключаемого широтно-импульсным модулированным сигналом, вычислительного блока, в который входят два аналого-цифровых преобразователя и микроконтроллер, а также разработкой способа управления раскрытием, выполняемого с использованием компьютерной системы.

Изобретение поясняется чертежами, на которых показаны:

фиг. 1 - схематическое изображение шарнира трансформируемого рефлектора зонтичного типа и система управления раскрытием;

фиг. 2 - схематическое изображение шарнира в транспортировочном и рабочем положениях;

фиг. 3 - взаимозависимость параметров процесса раскрытия;

фиг. 4 - алгоритм работы устройства управления раскрытием;

фиг. 5 - зависимости положения шарнира и температуры от времени раскрытия;

фиг. 6 - зависимости положения шарнира от времени раскрытия, характеризующие процесс раскрытия шарнира с двумя заданными скоростями, с использованием заявленных способа и системы управления раскрытием.

Изобретения поясняются примером.

Шарнир трансформируемого рефлектора зонтичного типа (фиг. 1) содержит упругую профилированную ленту 1, размещенную между диском-опорой 8 и диском-фиксатором спицы 9 с жестким закреплением одного конца упругой профилированной ленты на рабочей поверхности диска-опоры, а другого - на рабочей поверхности диска-фиксатора спицы; боковые планки 2, посаженные на подшипники в центральные отверстия диска-опоры и диска-фиксатора, обеспечивают возможность перемещения диска-фиксатора относительно диска-опоры; скобы 3, выполненные из материала с эффектом памяти формы и закрепленные на торцевых поверхностях дисков, снабженные нагревателями 6 в виде нихромовой нити одинаковой длины и диаметра (0,1 мм), нихромовая нить намотана по спирали с шагом 1 мм на всю длину скоб; переменный резистор, состоящий из резистивной дорожки 4 и ползунка 5, который своим токопроводящим контактом контактирует с резистивной дорожкой 4; датчик температуры 7. Резистивная дорожка 4 переменного резистора выполнена в форме кругового сектора и жестко размещена на торцевой поверхности диска-фиксатора 9 (возможно размещение резистивной дорожки и на диске-опоре, так как размеры дисков одинаковы) вокруг подшипника, а его ползунок 5 жестко закреплен на внутренней поверхности боковой планки 2 строго над резистивной дорожкой 4. Датчик температуры 7 установлен на нихромовом нагревателе 6 одной из скоб 3.

В качестве материала для изготовления скоб с эффектом памяти можно использовать высокотемпературные термопластичные полимеры, способные к переработке посредством аддитивных технологий, а именно фоточувствительные полибензоимидозолы с температурой стеклования свыше 150°С, а также высокотемпературные полиэфирэфиркетоны с температурой стеклования свыше 145°С.

Заявляемый шарнир трансформируемого рефлектора зонтичного типа может работать при температурах в диапазоне от -100°С до 120°С.

Габаритные размеры шарнира 84×42×83 мм, с удельным весом не более 100 г и моментом силы раскрытия 0,1 Н·м.

Система управления раскрытием шарнира содержит блок питания 10, стабилизатор напряжения 11, ключ 15, переключаемый широтно-импульсным модулированным сигналом, и вычислительный блок, в состав которого входят два аналого-цифровых преобразователя АЦП1 13 и АЦП2 14, и микроконтроллер 12. К АЦП1 13 подключается ползунок 5 переменного резистора, а датчик температуры 7 подключен к АЦП2 14. Микроконтроллер 12 запрограммирован на получение сигнала через АЦП1 13 от переменного резистора для определения положения шарнира в процессе раскрытия; на получение сигнала через АЦП2 14 от датчика температуры 7 для определения температуры нагрева скоб; а также на передачу сигнала на нагреватель 6 скоб, через ключ 15, переключаемый ШИМ сигналом, для понижения или повышения на них напряжения, т.е. для обеспечения контроля за температурой скоб.

Для описания процесса определения положения шарнира при раскрытии крайние точки резистивной дорожки 4 переменного резистора условно обозначим как А и Б, токопроводящий контакт ползунка 5 - В (фиг. 2). Точка А является общей для всей схемы управления процессом раскрытия. Между точками А и Б переменного резистора подается напряжение равное 5 В. Напряжение зависит от типа используемой платы аналого-цифрового преобразователя АЦП1 13 (в зависимости от размеров шарнира напряжение может быть иным). Для обеспечения линейного раскрытия шарнира - сопротивление между точками А и Б изменяется линейно.

Процесс перевода шарнира из рабочего в транспортировочное положение начинается с размягчения скоб 3 с эффектом памяти формы посредством повышения их температуры подачей напряжения на нагревательный элемент 6, после чего осуществляется беспрепятственное перемещение диска-фиксатора спицы 9 по рабочей поверхности неподвижного диска-опоры 8. При этом планка 2 перемещается от конечного положения к начальному, меняя свое угловое положение на 45°. Так как резистивная дорожка 4 переменного резистора закреплена вокруг оси планки на диске-фиксаторе, а ползунок 5 - на самой планке, одновременно происходит перемещение токопроводящего контакта В ползунка. Для уменьшения трения между резистивной дорожкой 4 и ползунком 5 возможно нанесение между ними диэлектрической смазки. В процессе движения диска-фиксатора 9 по поверхности диска-опоры 8 (перемещения планки 2 от конечного положения к начальному) сопротивление между точками А и В увеличивается.

В вычислительном блоке системы управления определяется и фиксируется конечное положение шарнира (раскрытое) с помощью переменного резистора, а после перевода шарнира в транспортировочное положение, это положение будет определяться и фиксироваться как начальное, посредством передачи электрического сигнала от переменного резистора на АЦП1 13, после преобразования аналогового сигнала в цифровой на микроконтроллер 12 и после процесса обработки - на нагреватели 6 скоб, через ключ 15, переключаемый ШИМ сигналом, для понижения или повышения на них напряжения (фиг. 3в).

АЦП1 13, в котором происходит оцифровка аналогового сигнала с переменного резистора, характеризуется по меньшей мере 10-и битной разрядностью, поэтому вся резистивная дорожка 4 разбивается на 2¹⁰ - 1 = 1023 шага. Перемещение ползунка происходит не по всей длине резистивной дорожки, а по некоторой ее части, соответствующей перемещению диска-фиксатора спицы 9 по поверхности диска-опоры 8 на угол до 45° (фиг. 3а). Таким образом, траектория движения шарнира между начальным и конечным положениями может разбиваться, по меньшей мере, на 170 шагов.

В процессе раскрытия шарнира каждый последующий шаг, являющийся функцией от времени, зависит от того, на каком промежутке временной шкалы раскрытия находится шаг в настоящий момент времени Pos_n+1 = f(Pos_n, t) (Pos - положение шарнира) (фиг. 3б, п. 1). Если шаг в настоящий момент времени строго меньше теоретически рассчитанного, то вычисляется новый следующий шаг. Если это условие не выполняется, то эта часть алгоритма, представленного на фиг. 4, пропускается. Зависимость следующего шага от предыдущего является линейной. Температура скоб, сдерживающих упругую профилированную ленту 1, является параметрической функцией и зависит от значения шага в настоящий момент времени TOpen = f(Pos_n) (фиг. 3б, п. 2). Эта часть алгоритма выполняется всегда. Период заполнения ШИМ сигнала D определяется разницей между температурой скобы в настоящий момент времени (TD) и теоретически заданной (TOpen) к настоящему моменту времени D = f(TD - TOpen) (фиг. 3б, п. 3). ШИМ сигнал после усиления непрерывно, в течение всего времени раскрытия, подается на нагреватели 6 скоб.

Способ управления раскрытием включает определение взаимного положения диска-опоры 8 и диска-фиксатора 9, исходя из которого вычисляется температура, до которой необходимо нагреть скобы 3, и в соответствии с ней напряжение, которое необходимо подать на нагреватели 6 скоб. Поддержание вычисленной температуры осуществляется методом пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования.

Напряжение с датчика температуры 7 поступает в АЦП2 14, а после преобразования аналогового сигнала в цифровой в диапазоне от 0 до 5 В с разрядностью 10 бит - на микроконтроллер 12.

Оцифрованный сигнал с датчика температуры 7 непрерывно усредняется по формуле экспоненциального бегущего среднего: preT = preT + (T - preT)*p,

где preT - усредненная температура, которая в дальнейшем используется в программе, °C; T - температура с датчика температуры, °C; p - коэффициент усреднения, равен 0,1.

Система управления раскрытием выполнена на базе платы Arduino nano v.3, в основе которой лежит микроконтроллер Atmega 328P. Плата имеет возможность подключения к ней трех шарниров трансформируемого рефлектора зонтичного типа и получения сигнала от установленных на них переменного резистора и датчика температуры 7.

Система управления раскрытием содержит дисплей (на чертеже не показан) с возможностью отображения следующих характеристик шарнира: заданная температура скоб, текущая температура скоб, начальное положение шарнира, конечное положение шарнира, текущее положение шарнира, расчетное время раскрытия шарнира, текущее время раскрытия шарнира.

Система управления раскрытием содержит три тактовые кнопки KEY1, KEY2 и KEY3 (на чертеже не показаны) для осуществления с помощью них следующих команд: задать начальное положение шарнира, задать конечное положение шарнира, начать нагрев скоб, остановить нагрев скоб, изменить значение заданной температуры, задать время раскрытия, изменить время раскрытия. Для этапа перевода шарнира из раскрытого состояния в транспортировочное предусмотрена возможность изменения температуры нагрева скоб в связи с тем, что температура окружающей среды во время выполнения данного этапа может быть разной. Для этапа перехода шарнира из транспортировочного положения в раскрытое предусмотрена возможность изменения желаемого времени раскрытия. Минимальное время раскрытия ограничено тепловой инерцией всего шарнира, датчика температуры и теплообменом с окружающей средой, и составляет около 2,5 мин. Раскрытие шарнира за меньшее время возможно, но оно уже будет не линейным, а скачкообразным.

Управление раскрытием шарнира происходит следующим образом:

1. После нажатия на кнопку KEY1 вычислительный блок определяет текущее положение шарнира, которое оператор считает конечным (раскрытым) и его запоминание в оперативной памяти микроконтроллера;

2. Запуск повышения температуры нагревателей 6 скоб до заданного значения (нажатием тактовой кнопки KEY3), которая может быть изменена (уменьшена или увеличена также с помощью тактовых кнопок KEY1, KEY2 и KEY3). Требуемую температуру скоб можно изменить: удержанием кнопки KEY3 в течение 2 с. микроконтроллер переводится в режим изменения температуры скоб, после чего ее можно увеличить (кнопка KEY1) или уменьшить (кнопка KEY2). Короткое нажатие на KEY3 выводит микроконтроллер из режима изменения температуры скоб;

3. После достижения заданной температуры нагревателей диск-фиксатор переводится внешней силой в транспортировочное (закрытое) положение. Сила может быть задана как руками оператора, так и внешним устройством;

4. Повторным нажатием на кнопку KEY3 нагрев скоб останавливается. Диск-фиксатор продолжает удерживаться в транспортировочном положении до понижения температуры внешних нагревателей минимум на 10°C, после чего сила, удерживающая диск-фиксатор убирается;

5. После нажатия на кнопку KEY2 вычислительный блок определяет текущее положение шарнира, которое считается начальным (закрытым) и его запоминание в оперативной памяти микроконтроллера;

6. Задание требуемого времени раскрытия - удержанием кнопки KEY3 в течение 1 с микроконтроллер переводится в режим изменения времени раскрытия, после чего его можно увеличить (кнопка KEY1) или уменьшить (кнопка KEY2). Короткое нажатие на KEY3 выводит микроконтроллер из режима изменения времени раскрытия;

7. После нажатия на KEY3 происходит передача сигнала на нагреватели 6 скоб для повышения температуры и инициации процесса раскрытия, при котором на микроконтроллер 12 непрерывно поступают сигналы через АЦП1 и АЦП2 от переменного резистора и датчика температуры 7;

8. Сравнение оцифрованного сигнала с датчика температуры с заложенными в оперативной памяти микроконтроллера теоретически вычисленными к настоящему моменту времени значениями температуры нагрева скоб и в соответствии с результатами сравнения принятие решения о понижении или повышении напряжения, подаваемого на нагреватели скоб, тем самым обеспечивая раскрытие шарнира за заданное время.

9. После смещения диска-фиксатора на 2 единицы шага перемещения начинается отсчет времени перехода шарнира из транспортировочного положения в рабочее.

10. Сравнение оцифрованного сигнала с переменного резистора с конечным положением шарнира, заданным на первом этапе, и прекращение подачи напряжения на нагреватели скоб, если текущее положение шарнира отличается от конечного не более чем на 2 единицы шага перемещения.

В основе работы устройства управления раскрытием лежит реализация линейной функции перемещения диска-фиксатора относительно диска-опоры, аргументом которой является время раскрытия.

Алгоритм работы устройства управления раскрытием (фиг. 4) реализует линейную функцию перемещения диска-фиксатора 9 относительно диска-опоры 8, аргументом которой является время работы алгоритма раскрытия:

Pos_must = -k*time + Pos_S, (1)

где Post_must - положение шарнира, которое должно быть достигнуто к следующему моменту времени, отн.ед.; k - коэффициент наклона прямой, задает скорость раскрытия; time - время работы алгоритма, с; Pos_S - начальное положение шарнира (транспортировочное), отн.ед.

В блоке 16 определяется конечное положение шарнира Pos_End (раскрытое), которого он должен достигнуть, коэффициент наклона k прямой раскрытия и начальная температура скоб шарнира TOpen.

В блоке 17 определяется актуальное положение шарнира Pos.

В блоке 18 проверяется условие на превышение температуры скоб верхнего установленного предела.

В блоке 19 ограничивается температура, если в блоке 18 есть превышение, (TOpen = 65°C).

В блоке 20 проверяется положение шарнира Pos. Если оно меньше или равно конечному положению Pos_End (допуск равен 2 отн.ед.), то считается, что шарнир раскрылся, и работа алгоритма прекращается.

В блоке 21 проверяется условие, характеризующее период работы алгоритма, который составляет 200 мс.

В блоке 22 (при невыполнении условия блока 21) осуществляется вывод на дисплей данных с датчика температуры 7 и переменного резистора.

В блоке 23 измеряется температура на нагревателях 6 скоб, после чего действия блоков 16-21 повторяются.

В блоке 24 (при выполнении условия блока 21) проверяется условие, служащее для защиты от быстрого спада температуры на нагревателях 6 скоб.

В блоке 25 к TOpen прибавляется 1,5°C.

В блоке 26 проверяется условие, служащее для защиты от быстрого роста температуры на нагревателях 6 скоб.

В блоке 27 (при выполнении условий блока 26) от TOpen отнимается 2°C.

В блоке 28 осуществляется сравнение реального положения шарнира Pos с теоретически заданным Post_must, причем положение Post_must на первой итерации алгоритма равно Pos_S - 2, а на последующих итерациях, как только это положение было достигнуто, актуальное положение шарнира Pos сравнивают с тем положением Pos_must, которое должно быть к данному моменту времени. При этом учитывается, что в процессе раскрытия шарнира численное значение его положения уменьшается.

В блоке 29 (при выполнении условий блока 28, т.е. условие Pos ≥ Pos_must выполнено), к температуре нагревателей 6 скоб TOpen прибавляется ее часть, чтобы ускорить раскрытие.

В блоке 30 (при невыполнении условия блока 28) осуществляется сравнение реального положения шарнира Pos с теоретически заданным Post_must.

В блоке 31 (при выполнении условий блока 30) от температуры TOpen нагревателей 6 скоб вычитается ее часть.

В блоке 32 вычисляется время работы алгоритма в секундах, и по формуле (1) определяется следующее положение шарнира Pos_must.

В блоке 33 вне зависимости от результата сравнения условий блоков 28 или 30 на основе полученного значения TOpen вычисляется период заполнения ШИМ сигнала, управляющего температурой на нагревателях 6 скоб.

В блоке 34 осуществляется вывод усиленного ШИМ сигнал на нагреватели 6 скоб. Величина ШИМ в блоке 34 вычисляется по пропорционально-интегрально-дифференциальному алгоритму.

В блоке 35 проверяется условие перемещения диска-фиксатора 9 на 2 отн.ед.

В блоке 36 (при выполнении условий блока 35) запускается отсчет времени раскрытия. После чего осуществляется вывод на дисплей данных с датчика температуры 7 и переменного резистора (блок 21), измеряется температура на нагревателях 6 скоб (блок 22) и цикл повторяется снова.

Период работы алгоритма подбирается экспериментально для каждых конкретных условий использования шарнира.

Зависимость положения шарнира (график 1 на фиг. 5) и температуры (график 2 фиг. 5) от времени раскрытия, построенные в процессе проведения испытаний, заявленных шарнира рефлектора зонтичного типа, способа и системы управления раскрытием рефлектора, подтверждают достижение поставленной задачи. Из графика 1 видно, что зависимость положения шарнира во времени (при раскрытии) хорошо аппроксимируется прямой линией, что подтверждает равномерность скорости раскрытия шарнира, исключающую появление ускорений или замедлений, а также рывков диска-фиксатора спицы в процессе раскрытия. График 2 показывает изменение температуры при раскрытии, а именно то, что температура все время подстраивается в пределах допустимых значений, чтобы получить линейную зависимость графика 1. На фиг. 6 показан процесс раскрытия шарнира с двумя заданными скоростями, график 1 соответствует раскрытию шарнира за 2.5 минуты, график 2 соответствует раскрытию шарнира за 6 минут.

Изобретение относится к шарнирным узлам, способу и системе управления процессом раскрытия складных рефлекторов антенн зонтичного типа. Технический результат - получение обратной связи о процессе раскрытия шарнира в режиме реального времени, осуществление контроля и управления процессом раскрытия шарнира за заданное время. Результат достигается тем, что в конструкцию известного шарнира рефлектора зонтичного типа, содержащего упругую профилированную ленту, генерирующую упругую движущую силу раскрытия, размещенную между диском-опорой и диском-фиксатором спицы с жестким закреплением одного конца упругой профилированной ленты на рабочей поверхности диска-опоры, а другого - на рабочей поверхности диска-фиксатора спицы, дополнительно включены датчик температуры и переменный резистор, состоящий из резистивной дорожки в форме кругового сектора и ползунка, причем резистивная дорожка размещена на торцевой поверхности диска-фиксатора вокруг подшипника, а ползунок установлен на внутренней стороне боковой планки над резистивной дорожкой с обеспечением электрического контакта между ними, при этом датчик температуры установлен на нагревателе скоб. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Шарнир рефлектора зонтичного типа, содержащий упругую профилированную ленту, генерирующую упругую движущую силу раскрытия, размещенную между диском-опорой и диском-фиксатором спицы с жестким закреплением одного конца упругой профилированной ленты на рабочей поверхности диска-опоры, а другого - на рабочей поверхности диска-фиксатора спицы, при этом диск-опора соединен с диском-фиксатором спицы с помощью боковых планок, посаженных на подшипники в центральные отверстия диска-опоры и диска-фиксатора с обеспечением возможности перемещения диска-фиксатора относительно диска-опоры, а также снабженных нагревателями скоб, выполненных из материала с памятью формы, закрепленных на торцевых поверхностях дисков, для обеспечения плавности процесса раскрытия, отличающийся тем, что дополнительно содержит датчик температуры и переменный резистор, состоящий из резистивной дорожки в форме кругового сектора и ползунка, причем резистивная дорожка размещена на торцевой поверхности диска-фиксатора вокруг подшипника, а ползунок установлен на внутренней стороне боковой планки над резистивной дорожкой с обеспечением электрического контакта между ними, при этом датчик температуры установлен на нагревателе скоб.

2. Способ раскрытия шарнира, заключающийся в нагреве скоб, выполненных из полимера с эффектом памяти формы, до температуры, определяющей переход материала скоб в высокоэластическое состояние, при которой скобы размягчаются, что способствует деформированию упругой профилированной ленты и перемещению диска-фиксатора относительно диска-опоры, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы, выполняемые на компьютерной системе, определение начального и конечного положения диска-фиксатора, вычисление времени перемещения диска-фиксатора из начального положения в конечное положение - времени раскрытия; определение реального положения диска фиксатора с помощью получения сигнала от переменного резистора и его оцифровки; получение сигнала от датчика температуры на нагревателях скоб и его оцифровка; сравнение оцифрованного сигнала с датчика температуры с теоретически вычисленными к настоящему моменту времени значениями температуры нагрева скоб; принятие решения о понижении или повышении напряжения, подаваемого на нагреватели скоб; отображение на дисплее данных с переменного резистора и датчика температуры, а также времени раскрытия.

3. Система управления, реализующая способ раскрытия шарнира, содержащая в своем составе блок питания, стабилизатор напряжения, ключ, переключаемый широтно-импульсно-модулированным сигналом, вычислительный блок, в который входят два аналого-цифровых преобразователя АЦП1 и АЦП2 и микроконтроллер, причем микроконтроллер имеет возможность получения сигналов: через АЦП1 от переменного резистора, состоящего из резистивной дорожки в форме кругового сектора, и ползунка, расположенных, соответственно, на торцевой поверхности диска-фиксатора и на внутренней стороне боковой планки шарнира, обеспечивающего определение положения шарнира в процессе раскрытия; а также через АЦП2 от датчика температуры, установленного на нагревателе скоб, выполненных из материала с эффектом памяти формы, и обеспечивающего определение температуры нагрева скоб; а также возможность передачи ответного сигнала на нагреватель скоб, через ключ, переключаемый ШИМ сигналом, о выполнении операции понижения или повышения напряжения, обеспечивающего контроль температуры скоб.

4. Система управления раскрытием по п. 3, отличающаяся тем, что содержит дисплей для отображения на нем информации от переменного резистора, представляющей начальное, конечное и реальное положение шарнира, и от датчика температуры, представляющей температуру скоб, а также о времени раскрытия шарнира.

5. Система управления раскрытием по п. 3, отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере три тактовые кнопки для осуществления следующих команд: задать начальное положение шарнира, задать конечное положение шарнира, начать нагрев скоб, остановить нагрев скоб, изменить значение заданной температуры, задать время раскрытия, изменить время раскрытия.