專利名稱：一種慣性動量輪高精度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明ー種慣性動量輪高精度控制方法，涉及慣性動量輪轉(zhuǎn)速的同步測量和未知系統(tǒng)擾動力矩的估計及補償技術(shù)，對系統(tǒng)擾動カ矩進行實時地估計并自動抑制，可用于衛(wèi)星姿態(tài)控制執(zhí)行機構(gòu)的內(nèi)部擾動抑制和高精度控制。
背景技術(shù)：
慣性動量輪是衛(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。慣性動量輪本質(zhì)上是ー個由永磁電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)體，通過驅(qū)動電機對慣性動量輪加、減速產(chǎn)生反作用力矩與衛(wèi)星本體進行動量交換，從而達到控制衛(wèi)星姿態(tài)的目的。目前，慣性動量輪普遍采用カ矩模式控制，即只實現(xiàn)カ矩指令的電磁力矩復(fù)現(xiàn)，而作用在驅(qū)動軸上的系統(tǒng)擾動力矩將使慣性動量輪產(chǎn)生附加動量矩，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。慣性動量輪系統(tǒng)擾動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，其符號隨轉(zhuǎn)動方向而變； 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?。荒Σ亮財?shù)值最大，而且當慣性動量輪從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)穿越零點吋，摩擦力矩將會突然反向，量值也會増大一倍以上，其動態(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、停留時間、電機轉(zhuǎn)速等均有關(guān)。系統(tǒng)擾動力矩是影響慣性動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，減少傳動環(huán)節(jié)，通過提高慣性動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行補償。另外，目前應(yīng)用廣泛的擾動カ矩補償方法主要針對摩擦カ矩進行，雖然有關(guān)摩擦建模、摩擦補償?shù)难芯恳呀?jīng)引起廣泛關(guān)注，并取得了ー些成果，但解決程度還遠不能令人滿意。其中，基于摩擦模型的補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，同時由于摩擦カ矩是速度的函數(shù)，控制效果依賴于速度信號的品質(zhì)；不基于模型的摩擦補償方法雖然原理簡單，但對摩擦非線性的補償能力有限，補償能力的提高涉及到機械諧振、參數(shù)時變等因素；而智能控制的摩擦補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，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時間較長、算法實時性較差、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，針對影響慣性動量輪永磁電機輸出的凈カ矩的未知系統(tǒng)擾動カ矩，提出一種慣性動量輪高精度控制方法，對系統(tǒng)擾動カ矩進行實時地估計和補償，有效地抑制了系統(tǒng)擾動力矩，并提高了慣性動量輪復(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量輪高精度控制方法，其特征在于步驟如 下
〔0007〕 (！)建立慣性動量輪永磁電機實際模型
〔0008〕 根據(jù)永磁電機原理有
權(quán)利要求
1.一種慣性動量輪高精度控制方法，其特征在于步驟如下(1)建立慣性動量輪永磁電機實際模型，為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種慣性動量輪高精度控制方法，其特征在于當前采樣周 期的轉(zhuǎn)速值由同步測量法計算，為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種慣性動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)明一種慣性動量輪高精度控制方法，通過建立慣性動量輪永磁電機實際模型和名義模型，根據(jù)開關(guān)式霍爾位置傳感器信號采用同步測量法，計算得到當前采樣周期的轉(zhuǎn)速值，并將慣性動量輪存在的內(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，將慣性動量輪永磁電機實際模型與名義模型輸出的誤差統(tǒng)一到控制輸入端，通過實時地計算對系統(tǒng)擾動力矩進行等效估計，得到其估計值并在控制輸入端引入等效的擾動補償控制電壓。該方法使慣性動量輪系統(tǒng)擾動力矩得到有效地抑制，顯著提高了慣性動量輪復(fù)現(xiàn)力矩指令的精度，而同步測量法在慣性動量輪全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都具有較高的分辨率。
文檔編號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)