[发明专利]基于变参数章动阻尼的变速倾侧动量轮进动控制方法

说明书

基于变参数章动阻尼的变速倾侧动量轮进动控制方法，涉及变速倾侧动量轮的运动控制领域。为了解决变速倾侧动量轮由于转子陀螺效应和两维倾侧运动耦合所引起的稳定性和控制精度降低的问题。通过倾侧回路开环实验，分别辨识变速倾侧动量轮在某一确定转速下直轴和交轴控制对象频率特性；通过倾侧回路开环实验，确定系统章动频率与转速的关系，设计章动阻尼器抑制系统的章动失稳；通过倾侧回路开环实验，分别辨识变速倾侧动量轮直轴和交轴控制对象频率特性，根据不同转速下的交轴频率特性确定章动频率，并依此设计变参数章动阻尼器，从而抑制变速倾侧动量轮的章动失稳，基于进动控制原理给出系统的控制结构。提高了变速倾侧动量轮的稳定性和控制精度。

技术领域

本发明涉及变速倾侧动量轮的运动控制领域，具体涉及一种基于变参数章动阻尼的变速倾侧动量轮进动控制方法。

背景技术

变速倾侧动量轮作为一种应用于微小航天器姿态控制系统的新型装置，它借鉴变速双框架控制力矩陀螺和动力调谐陀螺的思想，利用一个可以倾侧和变速的扁平转子，能够同时实现三轴姿控力矩输出和两轴姿态角速率测量功能。变速倾侧动量轮的应用将很大程度地提高姿控系统的集成度和效率，减小系统的质量、体积、功耗和研制成本，是实现微小航天器姿态测量和控制技术的重要途径。

为实现高精度的三轴姿控力矩输出和精确的两轴姿态角速率测量，需要解决如下问题来提高两维倾侧运动控制的精度：1、变速倾侧动量轮的两维倾侧运动是强耦合双入双出系统，即在x轴方向施加力矩，会引起转子绕x轴和y轴倾侧运动，且绕y轴倾侧运动更为明显；2、受陀螺效应影响，高转速运行的转子存在进动和章动两种涡动模态引起系统失稳，其中，章动失稳是变速倾侧动量轮失稳的主要形式；3、变速倾侧动量轮的转速是时变的，根据陀螺原理，会导致系统章动频率发生变化，这进一步增加了系统高精度控制实现的难度。现有技术中，没有提出上述技术问题也没有给出解决该技术问题的技术手段。

发明内容

针对变速倾侧动量轮由于转子陀螺效应和两维倾侧运动耦合所引起的稳定性和控制精度降低的问题，本发明提出一种基于变参数章动阻尼的变速倾侧动量轮进动控制方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种基于变参数章动阻尼的变速倾侧动量轮进动控制方法，所述方法的实现过程为：

步骤一、通过倾侧回路开环实验，分别辨识变速倾侧动量轮在某一确定转速下直轴和交轴控制对象频率特性；

(a)令变速倾侧动量轮以某转速稳定运行，在倾侧控制回路开环条件下，给变速倾侧动量轮x轴力矩器施加m组不同频率正弦电压，给y轴力矩器施加零电压，测量变速倾侧动量轮x轴和y轴输出倾侧角稳态响应，记录幅值比和相位差分别为φ_ix、φ_iy、θ_ix、θ_iy，i＝1,...,m；

x轴表示直轴，y轴表示交轴；

(b)根据步骤(a)所得的不同频率下φ_ix和θ_ix数据得到系统在该转速条件下直轴控制对象频率特性，根据不同频率下φ_iy和θ_iy数据得到系统在该转速条件下交轴控制对象频率特性；

步骤二、通过倾侧回路开环实验，确定系统章动频率与转速的关系，设计章动阻尼器抑制系统的章动失稳；

(a)令变速倾侧动量轮以转速ω_j稳定运行，j＝1,2,...,n(n组转速)，在倾侧控制回路开环条件下，给变速倾侧动量轮x轴力矩器施加p组不同频率正弦电压，给y轴力矩器施加零电压，测量变速倾侧动量轮y轴输出倾侧角稳态响应，记录在转速ω_j下的幅值比和相位差分别为φ_jk、θ_jk，k＝1,2,...,p；