[發(fā)明專利]一種永磁電機張力伺服系統(tǒng)的防沖擊張力控制方法

有效

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• 申請日: 2020-02-06
• 公開（公告）號: CN111176343B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設計）人: 楊志達;卜飛飛;潘子昊;軒富強
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05D15/01
• 分類號: G05D15/01
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 熊玉瑋

本發(fā)明公開了一種永磁電機張力伺服系統(tǒng)的防沖擊張力控制方法，屬于發(fā)電、變電、配電的技術領域。本發(fā)明首先利用單積分調節(jié)器建立張力，然后通過積分重置的方法迅速調整電機速度來減小張力沖擊。本發(fā)明公開的方法在張力建立過程中能夠大幅減小張力超調，從而抑制了張力沖擊現象，且還能夠縮短張力的調節(jié)時間，從而提高永磁電機張力伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能。

技術領域

本發(fā)明公開了一種永磁電機張力伺服系統(tǒng)的防沖擊張力控制方法，屬于發(fā)電、變電、配電的技術領域。

背景技術

目前，人類發(fā)射的大多數通信、導航、軍事衛(wèi)星都運行在地球同步軌道。隨著發(fā)射的衛(wèi)星以及軌道上損毀的衛(wèi)星越來越多，軌道上的太空垃圾問題將會越來越嚴重，若不對太空垃圾加以清理，將會影響人類后續(xù)航天活動的進行。為了解決太空垃圾影響航天活動這個問題，近年來，學者提出了柔性捕獲概念，柔性捕獲是指利用系繩和繩網等柔性結構代替機械臂抓捕和拖曳目標物。空間系繩張力伺服系統(tǒng)在柔性捕獲系統(tǒng)中占據重要地位。

在捕獲目標物后，空間系繩張力伺服系統(tǒng)需要對空間系繩施加一段時間的張力以調整目標物速度直至目標物與航天器同向同速。在建立張力的過程中，為了盡快建立張力以節(jié)省燃料等消耗，電機端需要快速收繩。若采用傳統(tǒng)張力控制策略，張力必然將產生較大的超調，從而導致張力沖擊。在捕獲后形成的空間繩系系統(tǒng)中，目標物通過系繩與航天器連接，若發(fā)生張力沖擊，則意味著系繩張力過大，有可能導致系繩斷裂，任務失敗，也有可能導致目標物加速過快從而與航天器相撞，危害到航天器的安全運行。因此，在建立系繩張力過程中，必須采取高性能張力控制策略來避免張力沖擊現象的發(fā)生。

發(fā)明內容

本發(fā)明的發(fā)明目的是針對建立張力過程中存在的張力沖擊問題，提出了一種永磁電機張力伺服系統(tǒng)的防沖擊張力控制方法，顯著減小建立張力過程中的超調和調節(jié)時間，有效避免了張力沖擊現象的出現，解決了現有張力控制策略存在導致張力沖擊缺陷的技術問題。

本發(fā)明為實現上述發(fā)明目的采用如下技術方案：

一種永磁電機張力伺服系統(tǒng)的防沖擊張力控制方法，包括如下步驟：

A、當檢測到當前控制周期的張力給定相較于上個控制周期發(fā)生變化，且張力誤差大于閾值后，采用單積分調節(jié)器建立張力，該積分系數可根據張力伺服系統(tǒng)的最大允許加速度選取；

B、當張力誤差小于一定范圍后，切換到PI(比例積分)調節(jié)器，該PI系數優(yōu)先保證張力的穩(wěn)態(tài)性能；

C、由單積分調節(jié)器切換到PI調節(jié)器后，PI調節(jié)器的積分輸出值切換為此時的目標物速度；

D、由上述單積分調節(jié)器、PI調節(jié)器以及切換環(huán)節(jié)建立張力閉環(huán)控制器，對張力閉環(huán)控制器的輸出即永磁電機轉速限幅后得到轉速環(huán)的輸入指令。

進一步地，永磁電機張力伺服系統(tǒng)防沖擊張力控制方法的步驟A中，當檢測到張力指令變化后，PI調節(jié)器保存當前的積分輸出值，切換到單獨積分調節(jié)器，采用單積分調節(jié)器建立張力后，張力伺服系統(tǒng)的傳遞函數為：其中，m為目標物質量，k_t為傳動系數，k_r為系繩彈性系數，F為空間系繩張力，F_ref為張力給定，k_i2為單積分器的積分系數。

再進一步地，永磁電機張力伺服系統(tǒng)防沖擊張力控制方法的步驟B具體為：單積分調節(jié)器存在容易產生振蕩的問題，因此當張力誤差小于一定范圍后，需切換回PI調節(jié)器以保證穩(wěn)態(tài)性能。采用PI調節(jié)器張力伺服系統(tǒng)的傳遞函數為：其中，k_p為PI調節(jié)器的比例系數，k_i1為PI調節(jié)器的積分系數。