專利名稱：一種慣性動(dòng)量輪高精度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明ー種慣性動(dòng)量輪高精度控制方法，涉及慣性動(dòng)量輪轉(zhuǎn)速的同步測量和未知系統(tǒng)擾動(dòng)力矩的估計(jì)及補(bǔ)償技術(shù)，對系統(tǒng)擾動(dòng)カ矩進(jìn)行實(shí)時(shí)地估計(jì)并自動(dòng)抑制，可用于衛(wèi)星姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的內(nèi)部擾動(dòng)抑制和高精度控制。
背景技術(shù)：
慣性動(dòng)量輪是衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的重要執(zhí)行元件，提高慣性動(dòng)量輪的性能對衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)具有重要意義。慣性動(dòng)量輪本質(zhì)上是ー個(gè)由永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)體，通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)對慣性動(dòng)量輪加、減速產(chǎn)生反作用力矩與衛(wèi)星本體進(jìn)行動(dòng)量交換，從而達(dá)到控制衛(wèi)星姿態(tài)的目的。目前，慣性動(dòng)量輪普遍采用カ矩模式控制，即只實(shí)現(xiàn)カ矩指令的電磁力矩復(fù)現(xiàn)，而作用在驅(qū)動(dòng)軸上的系統(tǒng)擾動(dòng)力矩將使慣性動(dòng)量輪產(chǎn)生附加動(dòng)量矩，使衛(wèi)星星體產(chǎn)生附加角速度，直接導(dǎo)致衛(wèi)星姿態(tài)控制精度下降。慣性動(dòng)量輪系統(tǒng)擾動(dòng)カ矩主要由三部分組成其一為內(nèi)阻尼力矩，與轉(zhuǎn)速大致上成正比，如風(fēng)阻カ矩、油膜阻力矩和磁阻カ矩等；其ニ為摩擦力矩，其符號(hào)隨轉(zhuǎn)動(dòng)方向而變； 其三為軸承的噪聲カ矩，對滾珠軸承而言，噪聲主要來自保持架、滾珠和滾道，與潤滑方式及工作狀態(tài)有關(guān)。內(nèi)阻尼力矩和噪聲カ矩的量值相對比較小，而且為常值或連續(xù)變化量，對系統(tǒng)的影響較??；摩擦力矩?cái)?shù)值最大，而且當(dāng)慣性動(dòng)量輪從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)穿越零點(diǎn)吋，摩擦力矩將會(huì)突然反向，量值也會(huì)増大一倍以上，其動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜且具有不確定性，與接觸表面特性、表面粗糙度、軸承溫度、停留時(shí)間、電機(jī)轉(zhuǎn)速等均有關(guān)。系統(tǒng)擾動(dòng)力矩是影響慣性動(dòng)量輪輸出力矩精度的主要原因，現(xiàn)有的解決辦法主要有三種(1)改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少傳動(dòng)環(huán)節(jié)，通過提高慣性動(dòng)量輪的制造エ藝和技木，主要是提高軸承的性能；( 選擇更好的潤滑剤，減小動(dòng)摩擦和靜摩擦之間的差值；C3)采用速率反饋對反作用飛輪干擾カ矩進(jìn)行補(bǔ)償。另外，目前應(yīng)用廣泛的擾動(dòng)カ矩補(bǔ)償方法主要針對摩擦カ矩進(jìn)行，雖然有關(guān)摩擦建模、摩擦補(bǔ)償?shù)难芯恳呀?jīng)引起廣泛關(guān)注，并取得了ー些成果，但解決程度還遠(yuǎn)不能令人滿意。其中，基于摩擦模型的補(bǔ)償方法不足之處在于摩擦模型的選擇、模型參數(shù)的確定過程較為繁瑣，同時(shí)由于摩擦カ矩是速度的函數(shù)，控制效果依賴于速度信號(hào)的品質(zhì)；不基于模型的摩擦補(bǔ)償方法雖然原理簡單，但對摩擦非線性的補(bǔ)償能力有限，補(bǔ)償能力的提高涉及到機(jī)械諧振、參數(shù)時(shí)變等因素；而智能控制的摩擦補(bǔ)償方法雖然不需要對象的數(shù)學(xué)模型，但各有其優(yōu)缺點(diǎn)，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時(shí)間較長、算法實(shí)時(shí)性較差、系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)難以保證，而模糊規(guī)則的獲取難度較大，控制結(jié)果不理想等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有方法存在的不足，針對影響慣性動(dòng)量輪永磁電機(jī)輸出的凈カ矩的未知系統(tǒng)擾動(dòng)カ矩，提出一種慣性動(dòng)量輪高精度控制方法，對系統(tǒng)擾動(dòng)カ矩進(jìn)行實(shí)時(shí)地估計(jì)和補(bǔ)償，有效地抑制了系統(tǒng)擾動(dòng)力矩，并提高了慣性動(dòng)量輪復(fù)現(xiàn)力矩指令的精度。
〔0006〕 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種慣性動(dòng)量輪高精度控制方法，其特征在于步驟如 下
〔0007〕 (！)建立慣性動(dòng)量輪永磁電機(jī)實(shí)際模型
〔0008〕 根據(jù)永磁電機(jī)原理有
權(quán)利要求
1.一種慣性動(dòng)量輪高精度控制方法，其特征在于步驟如下(1)建立慣性動(dòng)量輪永磁電機(jī)實(shí)際模型，為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種慣性動(dòng)量輪高精度控制方法，其特征在于當(dāng)前采樣周 期的轉(zhuǎn)速值由同步測量法計(jì)算，為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種慣性動(dòng)量輪高精度控制方法，其特征在于為了滿足
全文摘要
本發(fā)明一種慣性動(dòng)量輪高精度控制方法，通過建立慣性動(dòng)量輪永磁電機(jī)實(shí)際模型和名義模型，根據(jù)開關(guān)式霍爾位置傳感器信號(hào)采用同步測量法，計(jì)算得到當(dāng)前采樣周期的轉(zhuǎn)速值，并將慣性動(dòng)量輪存在的內(nèi)阻尼力矩、摩擦力矩以及軸承的噪聲力矩等作為系統(tǒng)總的擾動(dòng)，將慣性動(dòng)量輪永磁電機(jī)實(shí)際模型與名義模型輸出的誤差統(tǒng)一到控制輸入端，通過實(shí)時(shí)地計(jì)算對系統(tǒng)擾動(dòng)力矩進(jìn)行等效估計(jì)，得到其估計(jì)值并在控制輸入端引入等效的擾動(dòng)補(bǔ)償控制電壓。該方法使慣性動(dòng)量輪系統(tǒng)擾動(dòng)力矩得到有效地抑制，顯著提高了慣性動(dòng)量輪復(fù)現(xiàn)力矩指令的精度，而同步測量法在慣性動(dòng)量輪全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都具有較高的分辨率。
文檔編號(hào)G01P3/00GK102540900SQ20121000634
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者劉剛, 張聰, 李光軍 申請人:北京航空航天大學(xué)