一种控制力矩陀螺框架转速控制参数整定方法技术

一种控制力矩陀螺框架转速控制参数整定方法，包括：将CMG框架转速范围合理的划分为相应区间；运行基于神经网络参数自学习的框架转速控制参数整定算法；对相应转速区间，通过加入方波给定激励，实现参数的快速学习；通过对参数调节量、迭代时间的判断，判定迭代终止。本发明专利技术首次提出利用神经网络算法在CMG框架转速分段区间内进行参数整定的方法，该方法可以提高CMG框架控制系统转速控制带宽，控制稳定度和参数整定效率。和参数整定效率。和参数整定效率。

【技术实现步骤摘要】
一种控制力矩陀螺框架转速控制参数整定方法


[0001]本专利技术属于航天器姿态控制
，特别是一种控制力矩陀螺框架转速控制参数整定方法。

技术介绍

[0002]控制力矩陀螺(CMG)是航天器的重要姿态控制执行机构，其框架控制带宽决定了CMG输出力矩的能力，进而决定了航天器姿态机动能力；其框架转速稳定度决定了输出力矩的波动量，进而决定了遥感卫星光学相机成像质量。
[0003]CMG框架转速控制，一般采用比例
‑
积分控制器。由于CMG框架转速变化范围较宽，其转速绝对值从0.001
°
/s到60
°
/s甚至更高。这就决定了很难用一组比例积分参数来保证在各个转速下框架控制带宽和控制稳定度。
[0004]在不同转速下，比例积分控制器的参数整定一般采用实测调节的方法，即在实际产品测试时，调整参数，测试其控制性能，即带宽和控制稳定度，再根据控制性能，调整参数直至产品性能满足要求。由于CMG框架转速范围较宽，需要对一系列转速下的控制性能进行测试，且参数调整效果与人员判断相关，调整结果也极有可能是在局部的最优值，而不是系统能实现的最好效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：航天器控制力矩陀螺框架转速范围宽，其控制带宽和稳定度直接影响航天器的姿态机动能力和光学载荷的成像效果，为了提升控制力矩陀螺框架控制带宽和转速稳定度，提高参数整定的效率，该专利技术提出了一种通过神经网络自学习算法，转速区间分段，转速给定激励和参数整定终止判据，实现框架控制参数快速整定的方法。
[0006]本专利技术的技术解决方案是：
[0007]第一方面，本申请实施例提供一种控制力矩陀螺框架转速控制参数整定方法，包括：
[0008]根据给定的转速范围ω
ref
，以及框架电机的实时转速ω
m
，利用神经网络进行参数整定处理，获得当前控制周期的比例系数k
pNN
与积分系数k
iNN
，从而确定框架电机q轴电流i
qref
；迭代多个控制周期，直至获得满足终止判据的比例系数k
pNN
与积分系数k
iNN
作为每个转速区间对应的系数；
[0009]根据上级输入的给定转速指令，查找获得给定转速指令落入的转速区间，根据落入转速区间对应的系数确定框架电机三相驱动电流，获得框架电机的电机输出力矩，框架电机驱动CMG框架运动。
[0010]可选地，还包括：
[0011]根据给定的转速范围ω
ref
，确定多个转速区间；
[0012]根据满足系统闭环传递函数稳定的方法，确定比例系数k
pNN
与积分系数k
iNN
初值，
各转速区间对应的比例系数k
pNN
与积分系数k
iNN
初值分别相同；
[0013]根据转速区间的最大值最小值确定方波，作为转速激励；
[0014]a)建立学习算法模型，根据每个转速区间的比例系数k
pNN
、积分系数k
iNN
和转速误差E(n)，获得每个转速区间当前控制周期对应的电流i
qref
；
[0015]b)使用步骤a)获得的所述电流i
qref
，驱动控制力矩陀螺框架转动，获得当前控制周期的框架转速；
[0016]c)根据步骤b)获得的所述当前控制周期的框架转速，并根据转速激励，对每个转速区间，分别利用神经网络进行参数整定处理，确定下一控制周期的比例系数k
pNN
与积分系数k
iNN
；
[0017]判断步骤c)获得的比例系数k
pNN
与积分系数k
iNN
，或当前控制周期的迭代次数，是否满足终止判据，若满足终止判据，则将步骤c)获得的系数作为转速区间对应的系数，否则重复步骤a)～c)，直至获得每个转速区间对应的系数。
[0018]可选地，所述多个转速区间，满足如下条件：
[0019]每个转速区间的最大值和最小值的绝对值相等；
[0020]最大值小于或等于1
°
/s的两相邻转速区间的差值小于0.1
°
/s；
[0021]最大值大于1
°
/s的两相邻转速区间的差值取值范围为2
°
/s～10
°
/s。
[0022]可选地，最大值小于或等于1
°
/s的两相邻转速区间的差值取值范围为0.1
°
/s至0.04
°
/s。
[0023]可选地，所述方波的周期不小于框架电机时间常数的100倍；转速区间对应方波的正向峰值等于转速区间的最大值，转速区间对应方波的负向峰值等于转速区间的最小值。
[0024]可选地，步骤a)所述获得每个转速区间当前控制周期对应的电流i
qref
，具体如下：
[0025]根据当前控制周期的比例系数k
pNN
(n+1)与积分系数k
iNN
(n+1)，确定当前控制周期的q轴电流i
qref
(1,n+1)；
[0026]i
qref
(1,n+1)＝i
qref
(1,n)+w_
NN
*x_
NN
；
[0027]w_
NN
＝[k
pNN
(n+1),k
iNN
(n+1)]；
[0028]x_
NN
＝[E(n)
–
E(n
‑
1),E(n)]；
[0029]其中，q轴正向指向垂直于框架电机转子两磁极之间的平分线方向；K
NN
为神经元输出系数，0<K
NN
<0.1。
[0030]可选地，步骤c)所述确定下一控制周期的比例系数k
pNN
与积分系数k
iNN
的方法，具体为：根据转速区间当前第n个控制周期的比例系数k
pNN
(n)与积分系数k
iNN
(n)，获得第n+1个控制周期的比例系数k
pNN
(n+1)与积分系数k
iNN
(n+1)。
[0031]可选地，步骤c)所述确定下一控制周期的比例系数k
pNN
与积分系数k
iNN
的方法，具体为：
[0032]k
pNN
(n+1)＝k
pNN
(n)+η
P_NN
*E(n)*(E(n)
–
E(n
‑
1))；
[0033]k
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控制力矩陀螺框架转速控制参数整定方法，其特征在于，包括：根据给定的转速范围ω
ref
，以及框架电机的实时转速ω
m
，利用神经网络进行参数整定处理，获得当前控制周期的比例系数k
pNN
与积分系数k
iNN
，从而确定框架电机q轴电流i
qref
；迭代多个控制周期，直至获得满足终止判据的比例系数k
pNN
与积分系数k
iNN
作为每个转速区间对应的系数；根据上级输入的给定转速指令，查找获得给定转速指令落入的转速区间，根据落入转速区间对应的系数确定框架电机三相驱动电流，获得框架电机的电机输出力矩，框架电机驱动CMG框架运动。2.一种控制力矩陀螺框架转速控制参数整定方法，其特征在于，包括：根据给定的转速范围ω
ref
，确定多个转速区间；根据满足系统闭环传递函数稳定的方法，确定比例系数k
pNN
与积分系数k
iNN
初值，各转速区间对应的比例系数k
pNN
与积分系数k
iNN
初值分别相同；根据转速区间的最大值最小值确定方波，作为转速激励；a)建立学习算法模型，根据每个转速区间的比例系数k
pNN
、积分系数k
iNN
和转速误差E(n)，获得每个转速区间当前控制周期对应的电流i
qref
；b)使用步骤a)获得的所述电流i
qref
，驱动控制力矩陀螺框架转动，获得当前控制周期的框架转速；c)根据步骤b)获得的所述当前控制周期的框架转速，并根据转速激励，对每个转速区间，分别利用神经网络进行参数整定处理，确定下一控制周期的比例系数k
pNN
与积分系数k
iNN
；判断步骤c)获得的比例系数k
pNN
与积分系数k
iNN
，或当前控制周期的迭代次数，是否满足终止判据，若满足终止判据，则将步骤c)获得的系数作为转速区间对应的系数，否则重复步骤a)～c)，直至获得每个转速区间对应的系数。3.根据权利要求2所述的一种控制力矩陀螺框架转速控制参数整定方法，其特征在于：所述多个转速区间，满足如下条件：每个转速区间的最大值和最小值的绝对值相等；最大值小于或等于1
°
/s的两相邻转速区间的差值小于0.1
°
/s；最大值大于1
°
/s的两相邻转速区间的差值取值范围为2
°
/s～10
°
/s。4.根据权利要求3所述的一种控制力矩陀螺框架转速控制参数整定方法，其特征在于：最大值小于或等于1
°
/s的两相邻转速区间的差值取值范围为0.1
°
/s至0.04
°
/s。5.根据权利要求2所述的一种控制力矩陀螺框架转速控制参数整定方法，其特征在于：所述方波的周期不小于框架电机时间常数的100倍；转速区间对应方波的正向峰值等于转速区间的最大值，转速区间对应方波的负向峰值等于转速区间的最小值。6.根据权利要求2所述的一种控制力矩陀螺框架转速控制参数整定方法，其特征在于：步骤a)所述获得每个转速区间当前控制周期对应的电流i
qref
，具体如下：根据当前控制周期的比例系数k
pNN
(n+...

【专利技术属性】
技术研发人员：来林，鲁明，张激扬，张猛，张强，武登云，李刚，翟百臣，魏文杉，郭腾飞，贾云，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：