[发明专利]一种陀螺飞轮偶不平衡辨识方法

说明书

一种陀螺飞轮偶不平衡辨识方法，本发明涉及陀螺飞轮偶不平衡辨识方法。本发明为了解决现有经典影响系数法会产生部分无解的情况以及不同解之间差异大的问题。本发明包括：一、在转子N个相位添加偶不平衡形式试重，在辨识转速下，采集转子倾侧角数据，根据倾侧角数据得到N个相位添加试重对应的倾侧角一倍频幅值为φ_k；二、利用步骤一得到的N个相位添加试重对应的倾侧角一倍频幅值为φ_k，采用基于幅值影响系数法的最小二乘估计算法或者基于幅值和相位影响系数法的最小二乘估计算法，辨识陀螺飞轮转子的原始偶不平衡；三、根据步骤二得到的陀螺飞轮转子原始偶不平衡辨识结果，进行陀螺飞轮偶不平衡的校正。本发明用于旋转机械动平衡领域。

技术领域

本发明涉及旋转机械动平衡领域，特别涉及陀螺飞轮偶不平衡辨识方法。

背景技术

结合质量轻、体积小、成本低、研制周期短、易于技术更新、功能密度高、快速灵活、机动性好等特点，航天器的小型化已成为空间技术发展的主要热点和必然趋势。姿态控制系统是航天器最重要的子系统之一，是微小航天器质量、体积、成本、功耗等的主要贡献者，其轻量化实现和多功能集成是推动微小航天器发展的重要手段。

陀螺飞轮是一种新型姿态控制与姿态敏感装置，其将变速双框架控制力矩陀螺和动力调谐陀螺的功能集于一身，通过控制一个机械旋转体角动量幅值和指向，同时实现三维力矩输出和两维姿态角速率测量。该装置提高了航天器姿态控制系统的集成度和效率，降低了航天器姿态控制系统的体积、质量、功耗和成本，是实现微小航天器姿态控制技术研究的重要途径。

由于加工工艺及装配水平的限制，陀螺飞轮的转子质量分布不均匀，在高速旋转时会引起振动。其中，陀螺飞轮偶不平衡的存在会导致转子沿赤道轴发生与转速同频率的倾侧运动，降低陀螺飞轮的力矩输出精度和姿态敏感精度，影响陀螺飞轮系统的正常工作，严重时会导致系统失稳，甚至造成陀螺飞轮的损坏。因此，实现高精度的动不平衡辨识和调整是陀螺飞轮研究必须解决的关键技术问题。

使用经典影响系数法辨识陀螺飞轮偶不平衡时(专利名称为：一种基于陀螺飞轮力矩线圈电流的偶不平衡量辨识方法，专利号为：201710556832.5)，是在陀螺飞轮倾侧控制回路闭环条件下，利用力矩线圈电流信号，通过求解联立方程组，进行偶不平衡解算，但根据联立方程组选取的差异，可能存在无解的情况。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有经典影响系数法会产生部分无解的情况以及不同解之间差异大的问题，而提出一种陀螺飞轮偶不平衡辨识方法。

一种陀螺飞轮偶不平衡辨识方法包括以下步骤：

步骤一、在转子N个相位添加偶不平衡形式试重，在辨识转速下，采集转子倾侧角数据，根据倾侧角数据得到N个相位添加试重对应的倾侧角一倍频幅值为φ_k；

步骤二、利用步骤一得到的N个相位添加试重对应的倾侧角一倍频幅值为φ_k，采用基于幅值影响系数法的最小二乘估计算法或者基于幅值和相位影响系数法的最小二乘估计算法，辨识陀螺飞轮转子的原始偶不平衡；

步骤三、根据步骤二得到的陀螺飞轮转子原始偶不平衡辨识结果，进行陀螺飞轮偶不平衡的校正。

本发明的有益效果为：

本发明方法可以实现陀螺飞轮偶不平衡的辨识和校正，有效改善陀螺飞轮转子的质量分布，使陀螺飞轮转子倾侧角一倍频幅值从0.0232度降低到0.0022度，陀螺飞轮的偶不平衡校正幅度为90.4％，校正效果显著，如图4所示。由此，可以有效降低陀螺飞轮力矩噪声，提高转子的运行稳定性，从而提高其力矩输出精度和姿态测量精度。