随着日益增加的测控高覆盖、通信高带宽需求,各航天大国都在建立自己的中继卫星系统,用于对卫星或者其它航天器进行测控通信,以及卫星与地面站的双向高速通信。为了实现不同类型的卫星通信,中继卫星大多安装多幅天线。与此同时,用户星与中继卫星系统之间以及与地面站之间通信,也需要安装通信天线。无论是中继卫星还是用户星,为了保持对目标的连续跟踪过程,其中最重要的设备就是天线驱动机构。因此有必要建立驱动机构数学模型,并研究通用的地面试验方法。本文工作包括:驱动机构工作原理介绍,电机建模研究,驱动器建模研究,传动系统建模分析,空间干扰力矩分析,含真实控制软件的全系统仿真,与实验结果对比模型的正确性验证,半物理仿真系统设计和实现等。首先对空间链路天线驱动机构的组成和工作原理进行了介绍。在步进电机建模方面,在分析了以电机内部磁通为状态变量进行建模研究的局限性后,采用了以电机电感作为状态变量进行建模研究的方法,克服了电机所获参数有限的困难,同时模型又有比较宽的适用范围。结合所建立的驱动器模型,建立了Simulink仿真模型,通过电机实测数据,确定了等效转矩系数饱和门限值以及单相定子中增量永磁通幅值。对比分析仿真矩频特性数据与实测矩频特性数据,证明所建立的模型正确,该模型只需进行参数修改即可用于后续型号驱动机构动态特性的仿真分析。在传动系统建模方面,建模通常都把谐波减速器等价为一个扭矩放大和转速缩小的比例环节,本文在消化吸收国内外研究成果^[37]的基础上,综合考虑了谐波减速器的柔性特性、柔性齿与刚性齿之间的啮合特性、转子转动过程的摩擦特性以及传动间隙等因素后,建立较为完整的谐波减速器模型并确定特征参数。在系统仿真方面,为了建立驱动机构运行过程完整数学模型,分析了天线在空间受到的干扰力矩并对干扰力矩的幅值范围进行了计算;完成了天线的有限元分析,并给出前五阶振型和对应频率。结合电机、驱动器、传动系统、天线模型,并将真实的控制软件纳入闭环全数字仿真模型,比较仿真曲线与全物理地面试验测试实测曲线,证明了建模正确性。在空间链路天线驱动机构地面试验方法研究方面,传统动量轮试验方法、全实物试验方法的均存在不同程度的弊端,本文提出了建立半实物仿真系统的方案,并完成了工程研制,实践表明通过该系统进行地面动态特性试验可大大降低人力物力消耗。本文的主要创新点包括:第一,将航天型号软件纳入全数字仿真模型,并验证了数学模型的正确性。后续其它卫星型号研制过程中,可以提前通过该模型验证控制算法的有效性,提高驱动控制软件开发效率,缩短卫星研制周期。第二,提出了空间链路驱动机构半物理仿真方案并完成系统工程研制,该系统可以灵活考察不同天线负载情况下,驱动机构的动态特性,减少航天型号地面试验的昂贵开支。