【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电机控制技术，尤其涉及一种适用于控制力矩陀螺高低速分离控制方法及系统。
技术介绍
1、控制力矩陀螺(control moment gyroscope， cmg)是一种常用的航天器姿态控制执行机构，具有输出力矩大、响应速度快等优点。传统的cmg系统通常采用单速电机驱动，虽然结构简单，但在力矩输出和速度调节方面存在局限性。
2、为了提高cmg系统的性能，一些研究者提出了双速cmg的概念，即在cmg系统中同时使用高速电机和低速电机。高速电机主要用于提供高频力矩，实现快速的姿态机动；低速电机主要用于提供低频力矩，实现精确的姿态维持。但是，现有的双速cmg控制方法大多采用简单的叠加或切换策略，缺乏对高低速电机的协调优化控制，难以发挥双速cmg的最大潜力。
3、因此，如何在双速cmg系统中实现高低速电机的协调优化控制，充分发挥高速电机的快速响应能力和低速电机的精确调节能力，是一个亟待解决的技术问题。针对这一问题，本专利技术提出了一种适用于控制力矩陀螺的高低速分离控制方法及系统，通过引入高低速电机的动力学解耦和最优配置策略，实现了高低速电机的协同优化控制，提高了cmg系统的综合性能。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供一种适用于控制力矩陀螺高低速分离控制方法及系统，能够解决现有技术中的问题。
2、本专利技术实施例的第一方面，
3、提供一种方法，包括：
4、获取控制力矩陀螺的高速电机和低速电机的实际速度值、实际力矩值以及
5、若高速电机和低速电机处于高、低速分离状态，则根据高速电机和低速电机的实际力矩值，并结合高速电机和低速电机的动力学模型，建立高、低速分离状态下的控制电压计算模型，将高速电机和低速电机的实际速度值、实际力矩值以及预设的目标速度值输入控制电压计算模型中，计算出高速电机和低速电机的控制电压值；
6、根据计算出的高速电机和低速电机的控制电压值，并结合高、低速分离状态下的能量优化控制策略，生成高速电机驱动信号和低速电机驱动信号，将生成的高速电机驱动信号和低速电机驱动信号分别发送至高速电机和低速电机的驱动电路，控制高速电机和低速电机按照最优能效点运行，实现高、低速分离控制。
7、在一种可选的实施例中，
8、根据高速电机和低速电机的实际力矩值，并结合高速电机和低速电机的动力学模型，建立高、低速分离状态下的控制电压计算模型包括：
9、对高速电机和低速电机的动力学模型进行简化和变换，得到标准动力学模型，根据高速电机和低速电机的实际力矩值，结合标准动力学模型，得到高速电机和低速电机的状态空间方程；
10、根据预设的目标速度值和实际速度值得到速度偏差变量，基于速度偏差变量，构造状态反馈控制律，所述状态反馈控制律中包括状态反馈增益矩阵和速度偏差反馈增益；
11、基于状态空间方程构建二次型性能指标函数，计算出最优状态反馈增益矩阵和最优速度偏差反馈增益；
12、将最优状态反馈增益矩阵和最优速度偏差反馈增益代入状态反馈控制律，得到控制电压计算模型。
13、在一种可选的实施例中，
14、二次型性能指标函数的计算公式如下：
15、；
16、其中，j表示二次型性能指标函数，xg表示广义状态变量矢量，t表示转置操作，qg表示广义状态变量加权矩阵，δu表示控制变量的变化量，r表示控制变量变化量的加权矩阵，n表示广义状态变量与控制变量变化量的耦合加权矩阵。
17、在一种可选的实施例中，
18、将高速电机和低速电机的实际速度值、实际力矩值以及预设的目标速度值输入控制电压计算模型中，计算出高速电机和低速电机的控制电压值包括：
19、根据高速电机和低速电机的实际速度值与目标速度值进行比较，分别得到高速电机的第一速度偏差和低速电机的第二速度偏差，根据高速电机和低速电机的实际力矩值与零进行比较，分别得到高速电机的第一力矩偏差和低速电机的第二力矩偏差；
20、基于第一速度偏差和第二速度偏差，以及第一力矩偏差和第二力矩偏差构建扩展状态空间方程，基于扩展状态空间方程构建扩展状态反馈控制律；
21、将高速电机和低速电机的实际速度值、实际力矩值以及预设的目标速度值代入扩展状态反馈控制律，分别得到高速电机和低速电机的控制电压值。
22、在一种可选的实施例中，
23、根据计算出的高速电机和低速电机的控制电压值，并结合高、低速分离状态下的能量优化控制策略，生成高速电机驱动信号和低速电机驱动信号包括：
24、构建智能优化算法的适应度函数，初始化所述智能优化算法的参数，包括种群规模、迭代次数和学习因子，随机生成一组高、低速电机控制参数的初始种群；
25、对所述初始种群进行迭代优化，搜索高、低速电机的最优协调运行点，在每次迭代过程中，将当前种群的高、低速电机的控制参数代入预先构建的联合能耗模型，计算适应度值，并更新个体最优位置和全局最优位置；
26、重复迭代直到满足预设的终止条件，将迭代得到的全局最优位置对应的高、低速电机控制参数作为最优协调运行点；
27、根据得到的最优协调运行点，设计高、低速电机的协调优化控制策略，生成高速电机驱动信号和低速电机驱动信号。
28、在一种可选的实施例中，
29、构建联合能耗模型包括：
30、分别建立高速电机和低速电机的能耗模型，引入高速电机和低速电机之间的功率传递关系以及高速电机和低速电机效率的耦合关系，得到功率平衡方程和效率耦合方程，根据功率平衡方程和效率耦合方程建立高速电机和低速电机的初始联合能耗模型；
31、采集高、低速电机的运行数据并进行预处理，得到标准运行数据，将标准运行数据输入到预先确定的自适应建模算法中，通过在线辨识得到高、低速电机能耗模型参数；
32、将得到的高、低速电机能耗模型参数更新到初始联合能耗模型中，得到最终的联合能耗模型。
33、在一种可选的实施例中，
34、联合能耗模型的目标函数公式如下：
35、mine=ehs(ωhs，shs，θhs)+els(ωls，sls，θls)；
36、其中，e表示总能耗，ehs表示高速电机的能耗，els表示低速电机的能耗，ωhs表示高速电机的速度、shs表示高速电机的力矩，θhs表示高速电机的自适应能耗模型参数，ωls表示低速电机的速度、sls表示低速电机的力矩和θls表示低速电机的自适应能耗模型参数。
37、本专利技术实施例的第二方面，
38、提供一种适用于控制力矩陀螺高低速分离控制系统，包括：
39、第一单元，获取控制力矩陀螺的高速电机和低速电机的实际速度值、实际力矩值以及预设的目本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于控制力矩陀螺高低速分离控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据高速电机和低速电机的实际力矩值，并结合高速电机和低速电机的动力学模型，建立高、低速分离状态下的控制电压计算模型包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，二次型性能指标函数的计算公式如下：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将高速电机和低速电机的实际速度值、实际力矩值以及预设的目标速度值输入控制电压计算模型中，计算出高速电机和低速电机的控制电压值包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据计算出的高速电机和低速电机的控制电压值，并结合高、低速分离状态下的能量优化控制策略，生成高速电机驱动信号和低速电机驱动信号包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，构建联合能耗模型包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，联合能耗模型的目标函数公式如下：
8.一种适用于控制力矩陀螺高低速分离控制系统，用于实现前述权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求1至7中任意一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种适用于控制力矩陀螺高低速分离控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据高速电机和低速电机的实际力矩值，并结合高速电机和低速电机的动力学模型，建立高、低速分离状态下的控制电压计算模型包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，二次型性能指标函数的计算公式如下：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将高速电机和低速电机的实际速度值、实际力矩值以及预设的目标速度值输入控制电压计算模型中，计算出高速电机和低速电机的控制电压值包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据计算出的高速电机和低速电...
【专利技术属性】
技术研发人员：解波，王向阳，康健，
申请(专利权)人：北京易动宇航科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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