【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及 一 种抑制单框架磁悬浮控制力矩陀螺(Control Moment Gyroscope-CMG)动框架效应的方法，适用于单框架磁悬浮控CMG的高精度控制。
技术介绍
CMG是空间站、大型卫星、敏捷机动卫星和空间机动平台等航天器姿态控制的关键 执行机构。CMG由恒速运转的转子和框架速率伺服系统组成，当框架转动时，强制转子角动 量发生改变，向外输出陀螺力矩。CMG输出力矩与其高速转子的角动量成正比。航天器姿态 执行机构要求具有寿命长、力矩大、精度高、体积小、功耗低的特点，磁悬浮CMG正因具有这 些优点而成为CMG的重要发展方向。 然而，与刚性机械支承不同的是，磁悬浮支承实际上是具备一定刚度和阻尼的主 动控制弹簧性支承，因此框架转动导致的转子牵连运动会干扰转子相对于陀螺房的运动， 同时，高速转子的陀螺效应又使受干扰转子的运动更加复杂，使转子轴心跳动加大，因而存 在碰撞保护轴承的可能，影响了磁悬浮系统的稳定性。上述框架转动将使高速磁悬浮转子 相对陀螺房定子的径向角位移显著增大的现象称之为动框架效应。转子相对角位移过大 不仅会碰撞保护轴承从而威胁磁悬浮系统的...
【技术保护点】
一种抑制单框架磁悬浮控制力矩陀螺动框架效应的方法，其特征在于：根据牛顿第二定律和陀螺技术方程建立单框架磁悬浮控制力矩陀螺的状态方程；利用逆系统方法求出系统的解析逆；在转子系统中通过对转子位移、转子偏转角速率和框架角速率的状态反馈消除磁悬浮转子的动框架位移，在框架系统中通过对框架角速率和转子偏转角速率的状态反馈消除转子对框架系统的反作用力矩扰动；采用鲁棒伺服控制策略来提高整个系统的鲁棒性，具体包括以下步骤：（１）根据牛顿第二定律和陀螺技术方程建立当基座不动时磁悬浮控制力矩陀螺的合被控对象前，便组成伪线性子系统，该伪线性子系统由五个位置二阶积分型的伪线性子系统、一个速率一阶积分...
【技术特征摘要】
一种抑制单框架磁悬浮控制力矩陀螺动框架效应的方法，其特征在于根据牛顿第二定律和陀螺技术方程建立单框架磁悬浮控制力矩陀螺的状态方程；利用逆系统方法求出系统的解析逆；在转子系统中通过对转子位移、转子偏转角速率和框架角速率的状态反馈消除磁悬浮转子的动框架位移，在框架系统中通过对框架角速率和转子偏转角速率的状态反馈消除转子对框架系统的反作用力矩扰动；采用鲁棒伺服控制策略来提高整个系统的鲁棒性，具体包括以下步骤(1)根据牛顿第二定律和陀螺技术方程建立当基座不动时磁悬浮控制力矩陀螺的状态方程为 <mfenced open='{' close=''><mtable> <mtr><mtd> <mover><mi>X</mi><mo>·</mo> </mover> <mo>=</mo> <mi>f</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>X</mi><mo>,</mo><mi>U</mi><mo>)</mo> </mrow></mtd> </mtr> <mtr><mtd> <mi>Y</mi> <mo>=</mo> <mi>CX</mi></mtd> </mtr></mtable> </mfenced>其中， <mrow><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>X</mi> <mo>,</mo> <mi>U</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfenced open='[' close=']'> <mtable><mtr> <mtd><mover> <mi>x</mi> <mo>·</mo></mover> </mtd></mtr><mtr> <mtd><mover> <mi>β</mi> <mo>·</mo></mover> </mtd></mtr><mtr> <mtd><mover> <mi>y</mi> <mo>·</mo></mover> </mtd></mtr><mtr> <mtd><mo>-</mo><mover> <mi>α</mi> <mo>·</mo></mover> </mtd></mtr><mtr> <mtd><mover> <mi>z</mi> <mo>·</mo></mover> </mtd></mtr><mtr> <mtd><mfrac> <mn>1</mn> <mi>m</mi></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>k</mi><mi>iax</mi> </msub> <msub><mi>i</mi><mi>ax</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>k</mi><mi>hax</mi> </msub> <msub><mi>x</mi><mi>am</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mi>m</mi></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>k</mi><mi>ibx</mi> </msub> <msub><mi>i</mi><mi>bx</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>k</mi><mi>hbx</mi> </msub> <msub><mi>x</mi><mi>bm</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mtd></mtr><mtr> <mtd><mfrac> <msub><mi>l</mi><mi>m</mi> </msub> <msub><mi>J</mi><mi>y</mi> </msub></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>k</mi><mi>iax</mi> </msub> <msub><mi>i</mi><mi>ax</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>k</mi><mi>hax</mi> </msub> <msub><mi>x</mi><mi>am</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>k</mi><mi>ibx</mi> </msub> <msub><mi>i</mi><mi>bx</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>k</mi><mi>hbx</mi> </msub> <msub><mi>x</mi><mi>bm</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac> <mi>H</mi> <msub><mi>J</mi><mi>y</mi> </msub></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <mover><mi>α</mi><mo>·</mo> </mover> <mo>+</mo> <mfrac><msqrt> <mn>2</mn></msqrt><mn>2</mn> </mfrac> <msub><mi>ω</mi><mi>g</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac> <msqrt><mn>2</mn> </msqrt> <mn>2</mn></mfrac><msub> <mover><mi>ω</mi><mo>·</mo> </mover> <mi>g</mi></msub> </mtd></mtr><mtr> <mtd><mfrac> <mn>1</mn> <mi>m</mi></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>k</mi><mi>iay</mi> </msub> <msub><mi>i</mi><mi>ay</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>k</mi><mi>hay</mi> </msub> <msub><mi>y</mi><mi>am</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mi>m</mi></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>k</mi><mi>ibxy</mi> </msub> <msub><mi>i</mi><mi>by</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>k</mi><mi>hby</mi> </msub> <msub><mi>y</mi><mi>bm</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mtd></mtr><mtr> <mtd><mfrac> <msub><mi>l</mi><mi>m</mi> </msub> <msub><mi>J</mi><mi>x</mi> </msub></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>k</mi><mi>iay</mi> </msub> <msub><mi>i</mi><mi>ay</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>k</mi><mi>hay</mi> </msub> <msub><mi>y</mi><mi>am</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>k</mi><mi>ibxy</mi> </msub> <msub><mi>i</mi><mi>by</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>k</mi><mi>hby</mi> </msub> <msub><mi>y</mi><mi>bm</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac> <mi>H</mi> <msub><mi>J</mi><mi>x</mi> </msub></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <mover><mi>β</mi><mo>·</mo> </mover> <mo>-</mo> <mfrac><msqrt> <mn>2</mn></msqrt><mn>2</mn> </mfrac> <msub><mi>ω</mi><mi>g</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac> <msqrt><mn>2</mn> </msqrt> <mn>2</mn></mfrac><msub> <mover><mi>ω</mi><mo>·</mo> </mover> <mi>g</mi></msub> </mtd></mtr><mtr> <mtd><mfrac> <mn>1</mn> <mi>m</mi></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>k</mi><mi>iz</mi> </msub> <msub><mi>i</mi><mi>z</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>k</mi><mi>hz</mi> </msub> <mi>z</mi> <mo>)</mo></mrow> </mtd></mtr><mtr> <mtd><mfrac> <mrow><msub> <mi>n</mi> <mi>p</mi></msub><msub> <mi>φ</mi> <mi>f</mi></msub> </mrow> <msub><mi>J</mi><mi>gx</mi> </msub></mfrac><msub> <mi>i</mi> <mi>s</mi></msub><mo>-</mo><mfrac> <mrow><msqrt> <mn>2</mn></msqrt><msub> <mi>l</mi> <mi>m</mi></msub> </mrow> <mrow><mn>2</mn><msub> <mi>J</mi> <mi>gx</mi></msub> </mrow></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>k</mi><mi>ibxy</mi> </msub> <msub><mi>i</mi><mi>by</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>k</mi><mi>hby</mi> </msub> <msub><mi>y</mi><mi>bm</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>k</mi><mi>iay</mi> </msub> <msub><mi>y</mi><mi>ay</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>k</mi><mi>hay</mi> </msub> <msub><mi>y</mi><mi>am</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac> <mrow><msqrt> <mn>2</mn></msqrt><msub> <mi>l</mi> <mi>m</mi></msub> </mrow> <mrow><mn>2</mn><msub> <mi>J</mi> <mi>gx</mi></msub> </mrow></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>k</mi><mi>iax</mi> </msub> <msub><mi>i</mi><mi>ax</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>k</mi><mi>hax</mi> </msub> <msub><mi>x</mi><mi>am</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>k</mi><mi>ibx</mi> </msub> <msub><mi>i</mi><mi>bx</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>k</mi><mi>hbx</mi> </msub> <msub><mi>x</mi><mi>bm</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mtd></mtr> </mtable></mfenced> </mrow> <mrow><mi>C</mi><mo>=</mo><mfenced open='[' close=']'> <mtable><mtr> <mtd><mn>1</mn> </mtd> <mtd><msub> <mi>l</mi> <mi>m</mi></msub> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd></mtr><mtr> <mtd><mn>1</mn> </mtd> <mtd><mo>-</mo><msub> <mi>l</mi> <mi>m</mi></msub> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd></mtr><mtr> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>1</mn> </mtd> <mtd><msub> <mi>l</mi> <mi>m</mi></msub> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd></mtr><mtr> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>1</mn> </mtd> <mtd><mo>-</mo><msub> <mi>l</mi> <mi>m</mi></msub> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd></mtr><mtr> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>1</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd></mtr><mtr> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>0</mn> </mtd> <mtd><mn>1</mn> </mtd></mtr> </mtable></mfenced> </mrow>式中，系统的状态变量 <mrow><mi>X</mi><mo>=</mo><msup> <mrow><mo>[</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>β</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mo>-</mo><mi>α</mi><mo>,</mo><mi>z</mi><mo>,</mo><mover> <mi>x</mi> <mo>·</mo></mover><mo>,</mo><mover> <mi>β</mi> <mo>·</mo></mover><mo>,</mo><mover> <mi>y</mi> <mo>·</mo></mover><mo>,</mo><mo>-</mo><mover> <mi>α</mi> <mo>·</mo></mover><mo>,</mo><mover> <mi>z</mi> <mo>·</mo></mover><mo>,</mo><msub> <mi>ω</mi> <mi>g</mi></msub><mo>]</mo> </mrow> <mi>T</mi></msup><mo>;</mo> </mrow>系统输入控制变量U＝[iax，ibx，iay，iby，iz，is]T；系统输出变量Y＝[xam，xbm，yam，ybm，z，ωg]T；m为转子质量；Jx、Jy和Jz分别是转子的X向、Y向和Z向的转动惯量，且Jx＝Jy；iax、ibx、iay、iyb、iz分别为转子系统径向ax、bx、ay、by和轴向z通道的控制电流；is为框架电机的定子电流矢量的大小，xam，xbm，yam，ybm分别为转子在径向轴承A和B处相对于平衡位置沿X轴和Y方向的位移，α、β是转子绕X轴和Y轴的径向转动角位移，Ω分别是转子绕X、Y、Z轴的转动角速率；x、y、z分别为转子质心在X轴、Y轴和Z轴上的平动位移；分别为转子质心沿X轴、Y轴和Z轴的平动速率；lm表示径向磁轴承到转子中心O的距离；kiax，kibx，kiay，kiby和kiz分别为径向四通道和轴向通道的电流刚度；khax，khbx，khay，khby和khz分别为径向四通道和轴向通道的位移刚度；ωg为框架的转动角速率；Jgx是框的轴向转动惯量；np是框架电机的极对数；φf是框架电机的磁链；是框架速率伺服控制单元输出的框架角加速度期望值；(2)求解磁悬浮控制力矩陀螺的解析逆根据解析逆的计算方法，可得磁悬浮控制力矩陀螺的解析逆为 <mfenced open='{' close=''><mtable> <mtr><mtd> <msub><mi>i</mi><mi>ax</mi> </msub> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mfrac><msub> <mi>k</mi> <mi>hax</mi></msub><msub> <mi>k</mi> <mi>iax</mi></msub> </mfrac> <msub><mi>x</mi><mi>am</mi> </msub> <mo>-</mo> <mfrac><mrow> <msub><mi>J</mi><mi>z</mi> </msub> <mi>Ω</mi></mrow><mrow> <mn>2</mn> <msub><mi>l</mi><mi>m</mi> </msub> <msub><mi>k</mi><mi>iax</mi> </msub></mrow> </mfrac> <mrow><mo>(</mo><mover> <mi>α</mi> <mo>·</mo></mover><mo>+</mo><mfrac> <msqrt><mn>2</mn> </msqrt> <mn>2</mn></mfrac><msub> <mi>ω</mi> <mi>g</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mfrac><mn>1</mn><mrow> <mn>4</mn> <msub><mi>k</mi><mi>iax</mi> </msub></mrow> </mfrac> <mrow><mo>(</mo><mi>m</mi><mo>+</mo><mfrac> <msub><mi>J</mi><mi>y</mi> </msub> <msubsup><mi>l</mi><mi>m</mi><mn>2</mn> </msubsup></mfrac><mo>)</mo> &...
【专利技术属性】
技术研发人员：房建成，任元，孙津济，霍甲，徐向波，马纪军，汤恩琼，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。