《動框架效應下非線性強耦合磁懸浮轉子穩定控制研究》是依託北京航空航天大學，由湯繼強擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：動框架效應下非線性強耦合磁懸浮轉子穩定控制研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：湯繼強
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
磁懸浮控制力矩陀螺（CMG）是長壽命高精度快回響航天用CMG的前沿發展方向，多變數非線性強耦合是具有強陀螺效應轉子（MSR）系統的主要特徵。為了實現動框架條件下MSR穩定控制，研究多變數非線性強耦合MSR 系統的解耦控制是基礎和關鍵。首次在框架系統動力學建模基礎上，研究架構運動與MSR性能間的映射關係、耦合特性與解耦條件，MSR系統建模與穩定性分析方法、靜框架MSR系統高精度解耦方法，為MSR穩定懸浮提供理論依據，為深化磁懸浮CMG理論研究、促進太空飛行器新型姿態控制機構研製奠定基礎。
結題摘要
磁懸浮控制力矩陀螺（CMG）不僅具有控制範圍大、精度高、輸出力矩大等優點，還具有長壽命、微振動、低噪聲等特點，是長壽命高精度快回響航天用CMG的前沿發展方向。多變數非線性強耦合磁懸浮轉子（MSR）系統除了具有強陀螺效應外， MSR系統與框架系統間還存在強動力學耦合併相互影響。動框架效應下，MSR 系統高穩定高精度控制是實現磁懸浮CMG高性能的關鍵，也是磁懸浮CMG 研究的重點和難點。 本課題根據動框架效應下非線性強耦合磁懸浮轉子穩定控制研究中關鍵科學問題的重要程度，主要研究了多變數非線性強耦合MSR系統的解耦控制。 主要研究進展為：（1） 分析了磁懸浮力中電流、位移等對模型精度的影響，研究了框架角速度、作用力矩、角動量及其相互關係，完成了MSR 系統動力學建模和框架系統動力學建模；（2）研究了框架運動對MSR系統角動量指向精度、轉子進動穩定性的影響，研究了MSR 受擾狀況與框架系統速率精度、CMG 輸出力矩精度的映射關係；在懸浮控制電流和轉子位移大幅變化時，採用輸出力矩法研究了電磁力的非線性特性；（3）研究了徑向不同控制通道的動力學耦合特性、強非線性強耦合MSR 系統MIMO非線性狀態方程的可逆性及解析逆求解方法；（4） 將逆系統法和內模控制相結合，通過變數重構和逆系統偽線性系統設計，完成了復係數SISO 系統建模與系統穩定性理論分析；設計了基於內模控制的魯棒控制器，消除了逆系統控制法中擾動不確定性、模型誤差對系統跟蹤性和魯棒性的影響，實現靜框架條件下MSR 系統高精度解耦控制。 本課題研究周期為一年，投稿錄用SCI論文 3篇，申請國家技術發明專利兩項。為深化磁懸浮CMG理論研究、促進太空飛行器新型姿態控制機構研製奠定基礎，為我國研製同時具備高精度與快回響能力的姿態控制執行機構提供了理論支持。
