[發明專利]基于變參數章動阻尼的變速傾側動量輪進動控制方法

有效

• 申請號: 201711498624.0
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN107992063B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 霍鑫;劉海媛;馮四兆;趙輝
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 岳昕

1.一種基于變參數章動阻尼的變速傾側動量輪進動控制方法，其特征在于，所述方法的實現過程為：

步驟一、通過傾側回路開環實驗，分別辨識變速傾側動量輪在某一確定轉速下直軸和交軸控制對象頻率特性；

(a)令變速傾側動量輪以某轉速穩定運行，在傾側控制回路開環條件下，給變速傾側動量輪x軸力矩器施加m組不同頻率正弦電壓，給y軸力矩器施加零電壓，測量變速傾側動量輪x軸和y軸輸出傾側角穩態響應，記錄幅值比和相位差分別為φ_ix、φ_iy、θ_ix、θ_iy，i＝1,,m；

x軸表示直軸，y軸表示交軸；

(b)根據步驟(a)所得的不同頻率下φ_ix和θ_ix數據得到系統在該轉速條件下直軸控制對象頻率特性，根據不同頻率下φ_iy和θ_iy數據得到系統在該轉速條件下交軸控制對象頻率特性；

步驟二、通過傾側回路開環實驗，確定系統章動頻率與轉速的關系，設計章動阻尼器抑制系統的章動失穩；

(a)令變速傾側動量輪以轉速ω_j穩定運行，j＝1,2,,n，n組轉速，在傾側控制回路開環條件下，給變速傾側動量輪x軸力矩器施加p組不同頻率正弦電壓，給y軸力矩器施加零電壓，測量變速傾側動量輪y軸輸出傾側角穩態響應，記錄在轉速ω_j下的幅值比和相位差分別為φ_jk、θ_jk，k＝1,2,,p；

(b)在步驟(a)中轉速ω_j下頻率特性的諧振峰對應的頻率點，即為該轉速對應的章動頻率f_nj；

(c)根據步驟(b)得到的不同轉速ω_j對應的章動頻率f_nj，利用最小二乘法線性擬合，得到章動頻率隨轉速的變化關系f_n(ω)；

(d)基于步驟(c)擬合的章動頻率，設計變參數章動阻尼器C_n-damp(s)，由一個或多個二階陷波器串聯組成，由一個二階陷波器組成的變參數章動阻尼器如式(1)所示，其中心頻率為待抑制章動頻率，

由多個二階陷波器組成的變參數章動阻尼器如下式所示：C_n-damp(s)＝C_nd1(s)C_nd2(s)C_nd3(s)…其中C_n-damp(s)為變參數章動阻尼器的傳遞函數，s為拉普拉斯算子，a/b表示陷波器的陷波深度，b表示陷波器的陷波寬度；

步驟三、得到章動阻尼器后，基于進動控制原理確定變速傾側動量輪系統的進動控制結構，再根據進動控制結構對變速傾側動量輪進行控制；

所述的變速傾側動量輪系統的進動控制結構包含基本控制器C_proc、變參數章動阻尼器C_n-_damp和變速傾側動量輪的控制模型；

根據系統精度和帶寬要求，設計基本控制器C_proc；

變速傾側動量輪的控制模型如下：

其中G_GW(s)表示變速傾側動量輪的傳遞函數，其主對角線表示直軸傳遞函數，斜對角線表示交軸傳遞函數，J為轉子的赤道轉動慣量，H為轉子的角動量，k為轉子的剩余剛度，λ為轉子的正交阻尼剛度；s為拉普拉斯算子；

所述進動控制結構的控制過程為：

輸入信號φ_xref與輸出信號φ_x經過加法器做差得到偏差信號，偏差信號經過基本控制器C_pro_c和變參數章動阻尼器C_n-damp，得到輸出信號η_x，輸入信號φ_yref與輸出信號φ_y經過加法器做差得到偏差信號，偏差信號經過基本控制器C_proc和變參數章動阻尼器C_n-damp，得到輸出信號η_y，信號η_y和η_x分別經過直軸和交軸傳遞函數，將所得信號經過加法器做差得到輸出信號φ_x，信號η_x和η_y分別經過直軸和交軸傳遞函數，將所得信號經過加法器求和得到輸出信號φ_y；

φ_xref和φ_yref為變速傾側動量輪傾側角參考指令輸入，φ_x和φ_y為變速傾側動量輪傾側角輸出；

在變速傾側動量輪兩維傾側運動控制時，對x軸或y軸施加控制力矩會明顯引起轉子繞另一軸的傾側運動，利用變速傾側動量輪交軸偏差信號生成控制力矩，即根據x軸的偏差信號生成控制力矩T_y，控制轉子繞x軸的傾側運動，根據y軸的偏差信號生成控制力矩T_x，控制轉子饒y軸的傾側運動，同時，利用直軸偏差信號生成的控制力矩作為耦合項。