[发明专利]一种控制力矩陀螺框架系统高频扰动的自适应补偿方法

说明书

一种控制力矩陀螺框架系统高频扰动的自适应补偿方法，适用于频率固定或具有频率漂移特性的高频力矩干扰的自适应补偿应用。本专利提供了一种控制力矩陀螺框架系统高频扰动的自适应前馈补偿方法，可实现在框架响应带宽低于转子频率的情况下，将转子动不平衡扰动频率幅值衰减至10％以下。从而极大程度地削弱了目前框架转速中最大的扰动因素即转子动不平衡扰动。实现将框架转速稳定度提升一倍，进而将控制力矩陀螺的输出力矩的稳定度也提升了一倍。

技术领域

本发明涉及一种控制力矩陀螺框架系统高频扰动的自适应补偿方法，适用于频率固定或具有频率漂移特性的高频力矩干扰的自适应补偿应用。

背景技术

控制力矩陀螺作为大型航天器和强机动航天器的核心姿控部件，其输出力矩的稳定度和精度也就成为整星姿态控制稳定度和精度的决定性因素。控制力矩陀螺的输出力矩由高速转子的H矢量与低速框架转速叉乘得到，因而框架转速中包含的扰动成分就会极大程度的影响到输出力矩的稳定度与精度。框架转速受到多源干扰的影响，来源于测角系统、电机力矩波动、动静不平衡、系统谐振频率、柔性支撑耦合谐振频率等因素。其中按频率分可以分为低频扰动与高频扰动，通常在系统带宽范围内的频率可称为低频扰动，此类型扰动可通过设计鲁棒控制器等方法实现抑制。通过对框架转速进行频谱分析，可发现其中幅值最高的频率点为高速转子转速的频率，即高速转子平衡扰动的影响在框架转速中占比最高，且该高速转子旋转频率高于系统带宽的频率，而对于系统带宽范围外的频率可称为高频扰动。目前还没有有效方法可实现高频扰动抑制功能。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种控制力矩陀螺框架系统高频扰动的自适应补偿方法，通过设计自适应前馈补偿算法，控制框架电机输出与高速转子转速同频，相位相反的正弦力矩，实现转子动不平衡高频力矩干扰的抑制。

本发明的技术解决方案是：一种控制力矩陀螺框架系统高频扰动的自适应补偿系统，包括：

转速调节器ASR模块，用于将转速指令ω^*与测角单元采集得到的电机转速ω之差处理为框架电机力矩电流指令值i_q^*；

转速调节器AFC模块，用于在ACR模块的输入信号q轴电流指令i_q^*处注入高频信号c(k)；所述高频信号c(k)为干扰力矩的同频反相信号；

电流调节器ACR模块，用于将输入的电流信号处理为力矩电压指令值u_q^*和励磁电压指令值u_d^*；所述输入的电流信号为力矩电流值指令值i_q^*与力矩电流实际值i_q和AFC生成的同频反相力矩电流之差、励磁电流指令值i_d^*与励磁电流实际值i_d之差；所述力矩电流实际值i_q和励磁电流实际值i_d由永磁同步电机PMSM的三相电流i_a、i_b、i_c依次通过clarke变换和Park变换得到；

反变换模块，用于对励磁电压指令值u_d^*与力矩电压指令值u_q^*进行Park反变换得到两相静止坐标系下的力矩电压指令值u_α^*和励磁电压指令值u_β^*，并依此生成PWM逆变器门控信号；

PWM逆变器，根据PWM逆变器门控信号输出三相电压u_a、u_b、u_c，驱动永磁同步电机PMSM的转动；

测角模块一方面通过实时检测的角度为Park变换和Park反变换的转换矩阵提供参数，另一方面所测角度通过转速计算方法得到的转速作为ASR模块的输入。