《磁懸浮控制力矩陀螺振動特性分析與抑制方法研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由張志洲擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：磁懸浮控制力矩陀螺振動特性分析與抑制方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張志洲
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
衛星的高姿態穩定度是確保高解析度成像的關鍵之一。作為衛星姿態控制系統的執行機構，磁懸浮控制力矩陀螺在工作時產生的振動將嚴重影響衛星姿態穩定精度，降低成像質量。因此，必須對這種振動進行有效抑制。但是，對磁懸浮控制力矩陀螺振動產生的機理、振動回響特性、振動傳播特性，目前還沒有很好的理論解釋和分析方法。針對這些問題，本項目首先建立逼近實際系統的磁懸浮動量輪非線性模型，基於多尺度方法分析磁懸浮動量輪非線性振動回響規律，然後採用Lagrange方程建立磁懸浮控制力矩陀螺與衛星平台耦合振動模型，通過分析耦合系統非線性振動信號特性，針對性提出磁懸浮控制力矩陀螺振動抑制算法，最後將實驗測量的振動特性與理論分析結果進對比。通過研究，揭示磁懸浮控制力矩陀螺產生振動的機理，準確把握它的振動特性，為高精度磁懸浮控制力矩陀螺振動控制研究奠定基礎。
結題摘要
作為衛星姿態控制系統的執行機構，磁懸浮控制力矩陀螺在工作時產生的振動將嚴重影響衛星姿態穩定精度，降低成像質量。因此，必須對這種振動進行有效抑制。磁懸浮微框架動量輪作為一種類似雙框架磁懸浮控制力矩陀螺的新型慣性執行機構，單個組件便可實現衛星姿態小角度範圍內的三軸穩定控制。本項目以磁懸浮微框架動量輪的控制技術為主線，圍繞懸浮穩定性分析、主動振動控制等關鍵技術問題展開研究。 本項目的主要工作及創新點如下： 1.建立了磁懸浮微框架動量輪控制系統動力學模型。首先，介紹了系統的結構和工作原理，建立了控制系統動力學模型。然後，設計了徑向混合磁軸承的PID懸浮控制器和偏轉安培力磁軸承的PID解耦偏轉控制器，利用仿真和實驗驗證了設計的有效性。 2.系統地開展了考慮轉子不平衡、感測器或執行器干擾的磁懸浮微框架動量輪的主動振動控制機理與抑制方法研究。首先，基於單頻點分析方法給出了三種振動控制器——零同頻位移/角位移控制、零同頻電流控制以及零同頻振動力/力矩控制的工作機理，利用經典的根軌跡方法分別分析了這三種控制器的穩定性。隨後，分析了由感測器或執行器干擾引起振動的機理，得出了抑制不平衡振動的零同頻振動力控制器並不能同時抑制感測器或執行器干擾引起的同頻振動力，提出了基於低轉速零同頻位移控制的感測器或執行器干擾差值的辨識方法，和線上分段超前前饋補償感測器或執行器干擾振動的方法。 3.開展了磁懸浮微框架動量輪控制系統實現及主動振動控制實驗研究。首先，設計了基於DSP+FPGA的懸浮偏轉一體化控制器。然後，開展了磁懸浮微框架動量輪主動振動控制實驗，包括零同頻位移控制實驗、零同頻電流控制實驗以及零電流控制實驗，獲得較好的實驗效果。 本項目系統地研究了磁懸浮微框架動量輪主動振動控制技術，揭示了系統產生振動的機理，為未來高精度磁懸浮控制力矩陀螺的空間套用奠定了良好的基礎。
