陀螺飞轮主动振动控制方法研究

发布时间：2020-05-14 13:52

【摘要】：陀螺飞轮系统通过控制转子角动量的幅值和指向,可以同时实现三维力矩输出和两维姿态角速率测量,满足微小航天器对姿态控制系统的小型、轻量、低成本和高集成度发展需求。倾侧振动会影响陀螺飞轮系统的力矩输出和姿态敏感精度,甚至会导致系统失稳,因此,本文以倾侧角一倍频成分为研究对象,采用系统自身力矩器作为作动器,研究陀螺飞轮系统倾侧的主动振动控制问题。首先,结合陀螺飞轮系统物理结构,利用拉格朗日建模方法建立了陀螺飞轮系统完整非线性动力学模型,基于该模型以及坐标变换关系推导了陀螺飞轮系统倾侧角模型,并利用Sim Mechanics工具箱搭建了陀螺飞轮系统机械仿真模型,为陀螺飞轮系统的倾侧振动特性分析和主动振动控制方法的效果验证提供了仿真平台。其次,采用双频Bode图法分析了变转速和轴向转动惯量变化对陀螺飞轮系统稳定性的影响。利用陀螺飞轮系统机械仿真模型,在倾侧回路开环和闭环条件下,分别在时域和频域分析陀螺飞轮系统倾侧振动曲线,同时以不平衡引起的陀螺飞轮倾侧振动为例,分析倾侧一倍频幅值随转速和不平衡量的变化规律,为陀螺飞轮系统倾侧的主动振动控制方法研究垫定基础。再次,基于陀螺飞轮系统自身力矩器,研究三种主动振动控制方法。基于机理分析的主动振动控制方法,是利用输出倾侧角与输入力矩的幅值比和相位差,通过辨识陀螺飞轮系统倾侧振动幅值和初相来确定校正力矩。基于影响系数法的主动振动控制方法,是根据输入力矩与输出倾侧角的比例关系,计算校正力矩。基于相位优先寻优的主动振动控制方法,是通过在转子施加不同相位和幅值的力矩,以输出倾侧角一倍频幅值最小为标准,优先确定校正力矩相位,再确定其幅值。根据以上三种方法辨识结果,利用力矩器施加校正力矩完成主动振动抑制。以上三种方法均经过仿真验证。最后,利用陀螺飞轮样机的实验平台,分别验证了基于影响系数法的主动振动控制方法和基于相位优先寻优法的主动振动控制方法,实验结果表明利用陀螺飞轮自身力矩器可以较好的实现倾侧振动的主动控制。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V448.22

【参考文献】