[發(fā)明專利]一種控制力矩陀螺框架系統(tǒng)魯棒復(fù)合控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011506805.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN112650264B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬建忠;崔洋洋;郭雷;周常升;魏嫣然
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/08
• 分類號(hào): G05D1/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 安麗;楊學(xué)明

1.一種控制力矩陀螺框架系統(tǒng)魯棒復(fù)合控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，根據(jù)控制力矩陀螺框架系統(tǒng)轉(zhuǎn)速輸出量與電流輸入量之間的動(dòng)力學(xué)關(guān)系建立框架系統(tǒng)標(biāo)稱模型；

第二步，根據(jù)標(biāo)稱模型選擇混合靈敏度加權(quán)函數(shù)并求解H_∞控制器保障框架系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能與模型攝動(dòng)抑制能力；

第三步，設(shè)計(jì)峰值濾波器抑制動(dòng)不平衡引起的高頻干擾對(duì)速度調(diào)節(jié)精度的影響；

所述第三步，設(shè)計(jì)峰值濾波器抑制動(dòng)不平衡引起的高頻干擾對(duì)速度調(diào)節(jié)精度的影響：

其中，s為傳遞函數(shù)復(fù)變量，k_f為濾波器增益，ζ_f為濾波器阻尼，為偏移相角，T(jω)為框架系統(tǒng)補(bǔ)靈敏度函數(shù)的幅頻特性；Ω為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；

第四步，設(shè)計(jì)干擾觀測(cè)器增強(qiáng)框架系統(tǒng)的抗干擾能力；

第五步，將第二步設(shè)計(jì)的H_∞控制器、第三步設(shè)計(jì)的峰值濾波器與第四步設(shè)計(jì)的干擾觀測(cè)器進(jìn)行復(fù)合，得到一種控制力矩陀螺框架系統(tǒng)魯棒復(fù)合控制方法；

所述第一步，根據(jù)控制力矩陀螺框架系統(tǒng)轉(zhuǎn)速輸出與電流輸入之間的動(dòng)力學(xué)關(guān)系建立框架系統(tǒng)標(biāo)稱模型：

其中，ω,i_q分別為控制力矩陀螺框架系統(tǒng)轉(zhuǎn)速與電流控制量；G_p(s)為框架系統(tǒng)標(biāo)稱模型；s為傳遞函數(shù)復(fù)變量；K_pi(s)為電流控制器傳遞函數(shù)；k_t為轉(zhuǎn)矩系數(shù)；J為轉(zhuǎn)子慣量與框架轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和；L為定子電感；R為定子電阻；k_u為反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控制力矩陀螺框架系統(tǒng)魯棒復(fù)合控制方法，其特征在于：

所述第二步，根據(jù)標(biāo)稱模型選擇混合靈敏度加權(quán)函數(shù)并求解H_∞控制器保障框架系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能與模型攝動(dòng)抑制能力具體包括：

首先，建立框架系統(tǒng)的混合靈敏度函數(shù)：

其中、S(s),T(s)分別為控制力矩陀螺框架系統(tǒng)靈敏度函數(shù)、補(bǔ)靈敏度函數(shù)；K(s)為待設(shè)計(jì)的H_∞控制器；G_p(s)為控制力矩陀螺框架系統(tǒng)標(biāo)稱模型；

其次，選擇混合靈敏度函數(shù)加權(quán)函數(shù)，使得期望性能歸結(jié)為H_∞范數(shù)指標(biāo)：

其中，W_S(s),W_KS(s),W_T(s)分別為控制力矩陀螺框架系統(tǒng)靈敏度加權(quán)函數(shù)、控制加權(quán)函數(shù)和補(bǔ)靈敏度加權(quán)函數(shù)；|| ||_∞為無窮范數(shù)；γ為性能指標(biāo)；

然后，根據(jù)H_∞范數(shù)指標(biāo)求解H_∞控制器K(s)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控制力矩陀螺框架系統(tǒng)魯棒復(fù)合控制方法，其特征在于：所述第四步，設(shè)計(jì)頻域干擾觀測(cè)器增加框架系統(tǒng)抗干擾控制性能：

1)首先設(shè)計(jì)低通濾波器對(duì)傳感器噪聲進(jìn)行過濾：

其中Q(s)為低通濾波器；τ為低通濾波器系數(shù)；s為傳遞函數(shù)復(fù)變量；

2)然后，設(shè)計(jì)頻域干擾觀測(cè)器對(duì)摩擦力矩進(jìn)行估計(jì)：

其中為摩擦力矩d_f的估計(jì)值；Q(s)為低通濾波器；G_p(s)為控制力矩陀螺框架系統(tǒng)標(biāo)稱模型；u為本方法所設(shè)計(jì)的魯棒復(fù)合控制器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控制力矩陀螺框架系統(tǒng)魯棒復(fù)合控制方法，其特征在于：所述第五步，將第二步設(shè)計(jì)的H_∞控制器、第三步設(shè)計(jì)的峰值濾波器與第四步設(shè)計(jì)的干擾觀測(cè)器進(jìn)行復(fù)合：

其中，K(s)為H_∞控制器；F(s)為峰值濾波器；轉(zhuǎn)矩系數(shù)的逆運(yùn)算；為摩擦力矩d_f的估計(jì)值；s為傳遞函數(shù)復(fù)變量；u為復(fù)合控制器。