[發(fā)明專利]基于變參數(shù)章動阻尼的變速傾側(cè)動量輪進(jìn)動控制方法

有效

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• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN107992063B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 霍鑫;劉海媛;馮四兆;趙輝
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理有限公司 23213
• 代理人: 岳昕

基于變參數(shù)章動阻尼的變速傾側(cè)動量輪進(jìn)動控制方法，涉及變速傾側(cè)動量輪的運(yùn)動控制領(lǐng)域。為了解決變速傾側(cè)動量輪由于轉(zhuǎn)子陀螺效應(yīng)和兩維傾側(cè)運(yùn)動耦合所引起的穩(wěn)定性和控制精度降低的問題。通過傾側(cè)回路開環(huán)實驗，分別辨識變速傾側(cè)動量輪在某一確定轉(zhuǎn)速下直軸和交軸控制對象頻率特性；通過傾側(cè)回路開環(huán)實驗，確定系統(tǒng)章動頻率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，設(shè)計章動阻尼器抑制系統(tǒng)的章動失穩(wěn)；通過傾側(cè)回路開環(huán)實驗，分別辨識變速傾側(cè)動量輪直軸和交軸控制對象頻率特性，根據(jù)不同轉(zhuǎn)速下的交軸頻率特性確定章動頻率，并依此設(shè)計變參數(shù)章動阻尼器，從而抑制變速傾側(cè)動量輪的章動失穩(wěn)，基于進(jìn)動控制原理給出系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)。提高了變速傾側(cè)動量輪的穩(wěn)定性和控制精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及變速傾側(cè)動量輪的運(yùn)動控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于變參數(shù)章動阻尼的變速傾側(cè)動量輪進(jìn)動控制方法。

背景技術(shù)

變速傾側(cè)動量輪作為一種應(yīng)用于微小航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)的新型裝置，它借鑒變速雙框架控制力矩陀螺和動力調(diào)諧陀螺的思想，利用一個可以傾側(cè)和變速的扁平轉(zhuǎn)子，能夠同時實現(xiàn)三軸姿控力矩輸出和兩軸姿態(tài)角速率測量功能。變速傾側(cè)動量輪的應(yīng)用將很大程度地提高姿控系統(tǒng)的集成度和效率，減小系統(tǒng)的質(zhì)量、體積、功耗和研制成本，是實現(xiàn)微小航天器姿態(tài)測量和控制技術(shù)的重要途徑。

為實現(xiàn)高精度的三軸姿控力矩輸出和精確的兩軸姿態(tài)角速率測量，需要解決如下問題來提高兩維傾側(cè)運(yùn)動控制的精度：1、變速傾側(cè)動量輪的兩維傾側(cè)運(yùn)動是強(qiáng)耦合雙入雙出系統(tǒng)，即在x軸方向施加力矩，會引起轉(zhuǎn)子繞x軸和y軸傾側(cè)運(yùn)動，且繞y軸傾側(cè)運(yùn)動更為明顯；2、受陀螺效應(yīng)影響，高轉(zhuǎn)速運(yùn)行的轉(zhuǎn)子存在進(jìn)動和章動兩種渦動模態(tài)引起系統(tǒng)失穩(wěn)，其中，章動失穩(wěn)是變速傾側(cè)動量輪失穩(wěn)的主要形式；3、變速傾側(cè)動量輪的轉(zhuǎn)速是時變的，根據(jù)陀螺原理，會導(dǎo)致系統(tǒng)章動頻率發(fā)生變化，這進(jìn)一步增加了系統(tǒng)高精度控制實現(xiàn)的難度。現(xiàn)有技術(shù)中，沒有提出上述技術(shù)問題也沒有給出解決該技術(shù)問題的技術(shù)手段。

發(fā)明內(nèi)容

針對變速傾側(cè)動量輪由于轉(zhuǎn)子陀螺效應(yīng)和兩維傾側(cè)運(yùn)動耦合所引起的穩(wěn)定性和控制精度降低的問題，本發(fā)明提出一種基于變參數(shù)章動阻尼的變速傾側(cè)動量輪進(jìn)動控制方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：

一種基于變參數(shù)章動阻尼的變速傾側(cè)動量輪進(jìn)動控制方法，所述方法的實現(xiàn)過程為：

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

(a)令變速傾側(cè)動量輪以某轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行，在傾側(cè)控制回路開環(huán)條件下，給變速傾側(cè)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(cè)動量輪x軸和y軸輸出傾側(cè)角穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，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(jù)步驟(a)所得的不同頻率下φ_ix和θ_ix數(shù)據(jù)得到系統(tǒng)在該轉(zhuǎn)速條件下直軸控制對象頻率特性，根據(jù)不同頻率下φ_iy和θ_iy數(shù)據(jù)得到系統(tǒng)在該轉(zhuǎn)速條件下交軸控制對象頻率特性；

步驟二、通過傾側(cè)回路開環(huán)實驗，確定系統(tǒng)章動頻率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，設(shè)計章動阻尼器抑制系統(tǒng)的章動失穩(wěn)；

(a)令變速傾側(cè)動量輪以轉(zhuǎn)速ω_j穩(wěn)定運(yùn)行，j＝1,2,...,n(n組轉(zhuǎn)速)，在傾側(cè)控制回路開環(huán)條件下，給變速傾側(cè)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(cè)動量輪y軸輸出傾側(cè)角穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，記錄在轉(zhuǎn)速ω_j下的幅值比和相位差分別為φ_jk、θ_jk，k＝1,2,...,p；