[發明專利]一種基于磁懸浮控制敏感陀螺的航天器姿態與振動一體化控制方法

在審

• 申請號: 201810843930.1
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN109189086A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 陳曉岑;任元;蔡遠文;樊亞洪;尹增愿;李楠;姚義軍;夏長峰
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊航天工程大學;中國人民解放軍陸軍研究院炮兵防空兵研究所
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 陳超

1.一種基于磁懸浮控制敏感陀螺的航天器姿態與振動一體化控制方法，其特征在于：利用磁懸浮控制敏感陀螺構型中的陀螺框架旋轉輸出的陀螺力矩控制航天器姿態機動，同時，利用磁懸浮控制敏感陀螺構型中的磁懸浮轉子偏轉輸出的微框架力矩抑制航天器微振動，具體包括以下步驟：

(1)考慮轉子偏轉條件下的在軌單個磁懸浮控制敏感陀螺動力學建模在軌單個磁懸浮控制敏感陀螺角動量及其變化率可表示為：

其中，h代表陀螺的角動量，δ代表框架繞陀螺坐標系OX_CSGY_CSGZ_CSG中OX_CSG的旋轉角，α代表磁懸浮轉子繞定子坐標系OX_fY_fZ_f中OX_f的偏轉角；為了避免陀螺框架與轉子轉動相互耦合，選擇轉子的偏轉方向與框架旋轉方向一致；

(2)考慮轉子偏轉條件下的在軌磁懸浮控制敏感陀螺金字塔構型動力學建模

以金字塔構型為例，在軌金字塔構型磁懸浮控制敏感陀螺的角動量及其變化率可表示為；

式中，h代表單個陀螺的角動量，σ代表金字塔頂角，δ₁，δ₂，δ₃，δ₄代表金字塔構型的4個陀螺框架的偏轉角，代表金字塔構型的4個陀螺框架的偏轉角速度，α₁，α₂，α₃，α₄代表金字塔構型的4個陀螺的轉子偏轉角，代表金字塔構型的4個陀螺的轉子偏轉角速度；

(3)航天器姿控/抑振一體化控制器

在采用自適應陷波器對航天器受到的微振動T_d進行辨識的基礎上，基于反步控制思想設計一體化控制器：

其中，a，b，k₁，k₂是正常數，G是航天器轉動慣量參數矩陣J的估計參數矩陣，q_ev＝[q_ev1q_ev2 q_ev3]^T代表航天器姿態四元數誤差的后三項組成的矢量，ω_ib＝[ω_ib1 ω_ib2 ω_ib3]^T代表航天器姿態角速率，ω_h＝[ω_h1 ω_h2 ω_h3]^T代表航天器姿態角速率的高頻分量，ω_l＝[ω_l1 ω_l2 ω_l3]^T代表航天器姿態角速率的低頻分量；Y₁，Y₂分別表示為：

(4)帶通濾波器設計

由于航天器姿態信號帶寬較低，通常在0.1Hz以下，微振動信號帶寬較高，通常在20Hz以上，為了實現姿控信號與抑振信號的有效分離，以及框架角與轉子偏轉角指令信號的分離，帶通濾波器的截止頻率設定為0.1Hz，低通濾波器選擇慣性環節：1/(10s+1)，高通濾波器選擇微分環節結合慣性環節：s/(s+0.1)。

2.根據權利要求1所述的一種基于磁懸浮控制敏感陀螺的航天器姿態與振動一體化控制方法，其特征在于：該方法不僅能應用于金字塔構型，還可以應用于五棱錐構型。