专利名称：一种惯性动量轮高精度控制方法
技术领域：
本发明ー种惯性动量轮高精度控制方法，涉及惯性动量轮转速的同步测量和未知系统扰动力矩的估计及补偿技术，对系统扰动カ矩进行实时地估计并自动抑制，可用于卫星姿态控制执行机构的内部扰动抑制和高精度控制。
背景技术：
惯性动量轮是卫星姿态控制系统的重要执行元件，提高惯性动量轮的性能对卫星姿态控制系统具有重要意义。惯性动量轮本质上是ー个由永磁电机驱动的旋转体，通过驱动电机对惯性动量轮加、减速产生反作用力矩与卫星本体进行动量交換，从而达到控制卫星姿态的目的。目前，惯性动量轮普遍采用カ矩模式控制，即只实现カ矩指令的电磁力矩复现，而作用在驱动轴上的系统扰动力矩将使惯性动量轮产生附加动量矩，使卫星星体产生附加角速度，直接导致卫星姿态控制精度下降。惯性动量轮系统扰动カ矩主要由三部分組成其一为内阻尼力矩，与转速大致上成正比，如风阻カ矩、油膜阻力矩和磁阻カ矩等；其ニ为摩擦力矩，其符号随转动方向而变； 其三为轴承的噪声カ矩，对滚珠轴承而言，噪声主要来自保持架、滚珠和滚道，与润滑方式及工作状态有关。内阻尼力矩和噪声カ矩的量值相对比较小，而且为常值或连续变化量，对系统的影响较小；摩擦力矩数值最大，而且当惯性动量轮从正转到反转穿越零点吋，摩擦力矩将会突然反向，量值也会増大一倍以上，其动态特性复杂且具有不确定性，与接触表面特性、表面粗糙度、轴承温度、停留时间、电机转速等均有关。系统扰动力矩是影响惯性动量轮输出力矩精度的主要原因，现有的解决办法主要有三种(1)改变系统的结构设计，减少传动环节，通过提高惯性动量轮的制造エ艺和技木，主要是提高轴承的性能；( 选择更好的润滑剤，减小动摩擦和静摩擦之间的差值；C3)采用速率反馈对反作用飞轮干扰カ矩进行补偿。另外，目前应用广泛的扰动カ矩补偿方法主要针对摩擦カ矩进行，虽然有关摩擦建模、摩擦补偿的研究已经引起广泛关注，并取得了ー些成果，但解决程度还远不能令人满意。其中，基于摩擦模型的补偿方法不足之处在于摩擦模型的选择、模型參数的确定过程较为繁琐，同时由于摩擦カ矩是速度的函数，控制效果依赖于速度信号的品质；不基于模型的摩擦补偿方法虽然原理简单，但对摩擦非线性的补偿能力有限，补偿能力的提高涉及到机械谐振、參数时变等因素；而智能控制的摩擦补偿方法虽然不需要对象的数学模型，但各有其优缺点，如神经网络训练时间较长、算法实时性较差、系统的暂态响应难以保证，而模糊规则的获取难度较大，控制结果不理想等。
发明内容
本发明解决的技术问题是克服现有方法存在的不足，针对影响惯性动量轮永磁电机输出的净カ矩的未知系统扰动カ矩，提出一种惯性动量轮高精度控制方法，对系统扰动カ矩进行实时地估计和补偿，有效地抑制了系统扰动力矩，并提高了惯性动量轮复现力矩指令的精度。
〔0006〕 本发明的技术解决方案是一种惯性动量轮高精度控制方法，其特征在于步骤如 下
〔0007〕 (！)建立惯性动量轮永磁电机实际模型
〔0008〕 根据永磁电机原理有
权利要求
1.一种惯性动量轮高精度控制方法，其特征在于步骤如下(1)建立惯性动量轮永磁电机实际模型，为
2.根据权利要求1所述的ー种惯性动量轮高精度控制方法，其特征在于当前采样周 期的转速值由同步测量法计算，为
3.根据权利要求1所述的ー种惯性动量轮高精度控制方法，其特征在于为了满足
全文摘要
本发明一种惯性动量轮高精度控制方法，通过建立惯性动量轮永磁电机实际模型和名义模型，根据开关式霍尔位置传感器信号采用同步测量法，计算得到当前采样周期的转速值，并将惯性动量轮存在的内阻尼力矩、摩擦力矩以及轴承的噪声力矩等作为系统总的扰动，将惯性动量轮永磁电机实际模型与名义模型输出的误差统一到控制输入端，通过实时地计算对系统扰动力矩进行等效估计，得到其估计值并在控制输入端引入等效的扰动补偿控制电压。该方法使惯性动量轮系统扰动力矩得到有效地抑制，显著提高了惯性动量轮复现力矩指令的精度，而同步测量法在惯性动量轮全转速范围内都具有较高的分辨率。
文档编号G01P3/00GK102540900SQ20121000634
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者刘刚, 张聪, 李光军 申请人:北京航空航天大学