[發(fā)明專利]一種CMG框架系統(tǒng)諧波減速器擾動抑制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110037444.2
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112821827B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡躍偉;魯明;李剛;趙維珩;田利梅;王英廣;宿諾;韓強;陳辰;趙嚴(yán)
• 申請（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/05;H02P21/18
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 程何

本發(fā)明涉及一種CMG框架系統(tǒng)諧波減速器擾動抑制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)諧波安裝誤差擾動和低頻的機械諧振的有效抑制。本發(fā)明采用雙旋變測角控制策略抑制諧波減速器安裝誤差擾動，采用雙環(huán)非奇異滑模變結(jié)構(gòu)控制策略抑制電機低頻機械諧振頻率，有效抑制諧波安裝誤差擾動和低頻的機械諧振的問題，提高間接驅(qū)動結(jié)構(gòu)控制性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種CMG框架系統(tǒng)諧波減速器擾動抑制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)諧波安裝誤差擾動和低頻的機械諧振的有效抑制。

背景技術(shù)

直接驅(qū)動結(jié)構(gòu)采用永磁同步電機直接驅(qū)動，優(yōu)點是控制精度高，缺點是框架電機需要直接承受耦合力矩，電機功耗大、重量大，一般用于中小型CMG；間接驅(qū)動結(jié)構(gòu)無刷直流電機加減速器傳動，優(yōu)點是通過減速環(huán)節(jié)減小了耦合力矩，可降低電機輸出力矩和驅(qū)動功耗，缺點是控制精度低。當(dāng)控制力矩陀螺要兼顧實現(xiàn)高精度控制、大力矩輸出和低功耗，傳統(tǒng)的單一的直驅(qū)結(jié)構(gòu)和間接驅(qū)動難以滿足高精度控制力矩陀螺的需求，需要采用新型的框架驅(qū)動組件形式。

為提高間接驅(qū)動結(jié)構(gòu)控制性能，采用永磁同步電機+測角傳感器+諧波減速器+測角傳感器的結(jié)構(gòu)形式。采用永磁同步電機減小電機輸出力矩波動，在諧波減速器前后安裝測角傳感器。

諧波減速器具有傳動比大、精度高、體積小、重量輕等優(yōu)點，但由于其結(jié)構(gòu)的特點，存在柔性、非線性摩擦、低阻尼等缺點，分析CMG框架輸出軸角速度的頻率，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中主要存在兩種類型的干擾頻率。

一類干擾是諧波安裝誤差擾動。體現(xiàn)為諧波減速器輸入軸電機側(cè)角速度的2，4，6，8倍頻，其主要由于運動誤差造成，一是剛輪和柔輪副的誤差引起的，另一是波發(fā)生器的誤差引起的，目前專門針對諧波倍頻抑制處理方式很少，而采用雙測角傳感器方式相關(guān)技術(shù)未明確各個傳感器的使用方式，也不是用于倍頻抑制。

另一類是低頻的機械諧振頻率，尤其是諧波減速器在負載力矩比較小的情況下其扭轉(zhuǎn)剛度也較小，諧振頻率相應(yīng)也較小，諧波減速器扭轉(zhuǎn)剛度的非線性滯回特性又引起諧振頻率的非線性變化。框架系統(tǒng)機械諧振頻率f_n與轉(zhuǎn)動慣量及扭轉(zhuǎn)剛度K_l有關(guān)系，

針對低頻的機械諧振頻率，有部分文獻采用H∞控制器和擴張狀態(tài)觀測器來抑制控制力矩陀螺框架中諧振頻率，但是該方法不利于數(shù)字實現(xiàn)

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種CMG框架系統(tǒng)諧波減速器擾動抑制系統(tǒng)，有效抑制諧波安裝誤差擾動和低頻的機械諧振的問題，提高間接驅(qū)動結(jié)構(gòu)控制性能。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種CMG框架系統(tǒng)諧波減速器擾動抑制系統(tǒng)，其特征在于：采用雙旋變測角控制策略抑制諧波減速器安裝誤差擾動，采用雙環(huán)非奇異滑模變結(jié)構(gòu)控制策略抑制電機低頻機械諧振頻率。

進一步地，包括外側(cè)旋變控制器、電機側(cè)控制器、PWM發(fā)生器、逆變器、電機框架、坐標(biāo)變換模塊和位置解調(diào)模塊。

進一步地，所述外側(cè)旋變控制器接收框架角度設(shè)定值和框架外側(cè)角度值的差值，進行控制后輸出電機側(cè)角速度參考值至電機側(cè)控制器。

進一步地，所述外側(cè)旋變控制器包括位置環(huán)控制器和速度環(huán)控制器；所述位置環(huán)控制器利用框架角度設(shè)定值和框架外側(cè)角度值的差值采用PD控制方法實現(xiàn)位置環(huán)控制，并輸出框架外側(cè)角速度參考值至速度環(huán)控制器，所述速度環(huán)控制器利用框架外側(cè)角速度參考值和框架外側(cè)角速度值采用P控制方法實現(xiàn)角速度控制，并輸出電機側(cè)角速度參考值至電機側(cè)控制器。

進一步地，所述電機側(cè)控制器接收電機側(cè)角速度參考值、勵磁電流參考值、電機測角速度反饋值、電機側(cè)角度值、勵磁電流反饋值和力矩電流反饋值，進行滑模控制后輸出勵磁電壓信號和力矩電壓信號，勵磁電壓信號和力矩電壓信號依次經(jīng)過PWM發(fā)生器和逆變器，驅(qū)動電機框架轉(zhuǎn)動；所述勵磁電壓信號和力矩電壓信號分別為d軸定子電壓分量和q軸定子電壓分量。