[發(fā)明專利]一種磁懸浮控制敏感陀螺角動(dòng)量包絡(luò)計(jì)算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011454095.6
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號(hào): CN112504257B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王衛(wèi)杰;楊洋;任元;樊亞洪;汪洲;張?zhí)炝?/a>;蘇楠;吳俊儒
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊(duì)航天工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C19/02
• 分類號(hào): G01C19/02;G06F30/20;G06F17/16
• 代理公司: 北京中政聯(lián)科專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11489
• 代理人: 楊友枚

一種磁懸浮控制敏感陀螺角動(dòng)量包絡(luò)計(jì)算方法。分析磁懸浮控制敏感陀螺三自由度動(dòng)量交換原理，定義定子坐標(biāo)系和轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系。利用坐標(biāo)變換原理建立磁懸浮控制敏感陀螺角動(dòng)量包絡(luò)模型。將轉(zhuǎn)子徑向兩自由度耦合偏轉(zhuǎn)角映射為解耦遍歷經(jīng)、緯度，進(jìn)而重構(gòu)出可遍歷求解的磁懸浮控制敏感陀螺角動(dòng)量包絡(luò)模型。在此基礎(chǔ)上，通過轉(zhuǎn)速和經(jīng)、緯度的三層嵌套循環(huán)遍歷得到磁懸浮控制敏感陀螺角動(dòng)量包絡(luò)分布。本發(fā)明將轉(zhuǎn)子徑向偏轉(zhuǎn)角映射為遍歷經(jīng)緯度，實(shí)現(xiàn)了萬向耦合偏轉(zhuǎn)角的解耦，重構(gòu)了磁懸浮控制敏感陀螺角動(dòng)量包絡(luò)模型，為磁懸浮控制敏感陀螺的角動(dòng)量包絡(luò)計(jì)算提供了高效準(zhǔn)確的方法，有利于磁懸浮控制敏感陀螺的空間應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磁懸浮控制敏感陀螺角動(dòng)量包絡(luò)計(jì)算方法，適用于磁懸浮控制敏感陀螺的角動(dòng)量包絡(luò)計(jì)算。

背景技術(shù)

隨著微電子技術(shù)和制造業(yè)的發(fā)展，衛(wèi)星的發(fā)展向著小型化發(fā)展。盡管現(xiàn)代微小衛(wèi)星具有重量低、體積小、功能堪比普通大衛(wèi)星等特點(diǎn)，但由于自身重量和尺寸的限制，對姿態(tài)控制系統(tǒng)的體積、重量和功耗提出了更高的要求同時(shí)，偵察和遙感衛(wèi)星的任務(wù)對航天器姿態(tài)控制精度和姿態(tài)穩(wěn)定度提出了更高的要求。航天工程大學(xué)發(fā)明了一種磁懸浮控制敏感陀螺。磁懸浮控制敏感陀螺集姿態(tài)敏感和高精度控制、振動(dòng)的檢測與抑制于一體，能夠很好地實(shí)現(xiàn)微小衛(wèi)星姿態(tài)高精度控制以及振動(dòng)抑制。因而計(jì)算磁懸浮控制敏感陀螺的角動(dòng)量包絡(luò)對磁懸浮控制敏感陀螺在微小航天器的應(yīng)用具有重大意義。

磁懸浮控制敏感陀螺的機(jī)械結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)控制力矩陀螺有較大的差異，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子兩徑向偏轉(zhuǎn)角存在耦合現(xiàn)象。傳統(tǒng)角動(dòng)量包絡(luò)計(jì)算方法并不能解決兩徑向偏轉(zhuǎn)角度的耦合現(xiàn)象。所以傳統(tǒng)的角動(dòng)量包絡(luò)計(jì)算方法并不能適用于磁懸浮控制敏感陀螺角動(dòng)量包絡(luò)計(jì)算中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提供一種磁懸浮控制敏感陀螺角動(dòng)量包絡(luò)計(jì)算方法，解決轉(zhuǎn)子徑向偏轉(zhuǎn)角的耦合問題，分析磁懸浮控制敏感陀螺輸出能力，為磁懸浮控制敏感陀螺在微小航天器中應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：根據(jù)坐標(biāo)變換原理建立磁懸浮控制敏感陀螺角動(dòng)量包絡(luò)模型，基于轉(zhuǎn)子徑向偏轉(zhuǎn)角度映射求解遍歷經(jīng)緯度，進(jìn)而重構(gòu)磁懸浮控制敏感陀螺角動(dòng)量包絡(luò)模型，通過三層嵌套循環(huán)遍歷磁懸浮轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和遍歷經(jīng)緯度得到磁懸浮控制敏感陀螺角動(dòng)量包絡(luò)，該方法的步驟包括如下

(1)定子和轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系的定義

磁懸浮控制敏感陀螺利用高速轉(zhuǎn)子萬向偏轉(zhuǎn)特性可實(shí)現(xiàn)與外界載體的三自由度動(dòng)量交換，其中，磁懸浮轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)速變化改變角動(dòng)量的大小，輸出軸向飛輪力矩；磁懸浮轉(zhuǎn)子通過徑向萬向偏轉(zhuǎn)改變角動(dòng)量的方向，輸出兩自由度徑向偏轉(zhuǎn)力矩，磁懸浮控制敏感陀螺三自由度動(dòng)量交換包絡(luò)模型通常在定子坐標(biāo)系以及轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系中描述

定義定子坐標(biāo)系o_fx_fy_fz_f：與陀螺房固連，坐標(biāo)原點(diǎn)與陀螺房質(zhì)心重合，o_fx_f指向框架旋轉(zhuǎn)方向，o_fz_f為框架處在零位時(shí)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向，o_fy_f符合右手螺旋定則；定義轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系o_rx_ry_rz_r：與磁懸浮轉(zhuǎn)子固連，但不隨轉(zhuǎn)子繞o_rz_r高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子初始靜浮未偏轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系與定子坐標(biāo)系重合，設(shè)α代表磁懸浮轉(zhuǎn)子繞x_f軸旋轉(zhuǎn)的角度，β代表磁懸浮轉(zhuǎn)子繞y_f軸旋轉(zhuǎn)的角度

(2)基于轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角的磁懸浮控制敏感陀螺角動(dòng)量包絡(luò)建模

轉(zhuǎn)子初始角動(dòng)量為

H₀＝[0 0 J_zΩ₀]^T (1)