基于逆系统解耦的MSCSG姿态测量方法

发布时间：2021-11-10 05:45

　　磁悬浮控制敏感陀螺（MSCSG）是一种将姿态控制和姿态测量功能合二为一的新型陀螺,采用洛伦兹力磁轴承（LFMB）控制转子径向偏转。针对MSCSG 2个测量轴之间存在耦合的问题,提出了一种基于逆系统解耦的测量方法。首先,分析了MSCSG的结构组成,在此基础上建立了LFMB-转子系统动力学模型,推导了MSCSG陀螺进行两自由度姿态测量的工作原理;然后,分析了2个测量轴之间的耦合关系,进而提出采用逆系统对2个测量轴进行解耦。最后,对所提方法的有效性进行了仿真验证。仿真结果表明:在所提解耦方法作用下,2个测量轴之间的耦合效果得到了很好的抑制,测量精度得到了一定的提高。 

【文章来源】：北京航空航天大学学报. 2020,46(01)北大核心EICSCD

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【部分图文】：

MSCSG陀螺房结构示意图

式中:I1、I3分别为xs轴正、负线圈上等大、反向的电流;I2、I4分别为ys轴正、负线圈上等大、反向的电流。则有I2=I4=Iα，I1=I3=Iβ，其中:Iα、Iβ分别表示xs轴、ys轴的偏置电流，此时相对的线圈将产生等大、反向安培力。从而有其中:KI=4NBL为电流刚度。

MSCSG转子控制系统由控制器、信号调理电路、电磁铁转子和传感器组成，见图3。当转子沿轴向高速转动时，靠轴向磁轴承产生的磁场悬浮;当发生转动时，转子将沿xr或yr方向产生偏转角，高精度传感器将检测到转子位置的变化，位移信号经由信号调理系统传递至控制器，控制器将会在xr或yr方向的线圈上施加相应控制电流，改变磁场内作用导线的电流大小并生成作用于转子的恢复力，使转子重新回到起始位置;最后通过测量观察线圈上的控制电流即可推导出MSCSG的角速度。MSCSG的角速度测量主要与径向转动自由度有关，所以下文将通过分析转子径向xr和yr方向的偏转自由度来建立动力学模型。根据刚体运动的动量矩定理，有


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