估计力矩反馈在CMG框架伺服系统中的应用

《估计力矩反馈在CMG框架伺服系统中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、Vol_18No．6载人航天第18卷第6期622012年l1月估计力矩反馈在CMG框架伺服系统中的应用陈彦鹏，韩邦成，李海涛，杨莲慧(1北京航空航天大学惯性技术重点实验室，北京100191；2新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室，北京100191)摘要磁悬浮控制力矩陀螺(ControlMomentGyro，CMG)框架伺服系统的速率精度直接决定了陀螺输出力矩的精度。针对谐波减速器非线性扭转刚度引起框架系统速率精度低的问题，提出了一种基于估计力矩反馈抑制速率波动的控制方法。首先建立了带有非线性扭转刚度的

2、框架系统动力学模型，提出一种基于离散非线性跟踪微分器估计角加速度并进行力矩反馈的方法。然后在Maflab中进行仿真分析，并在单框架磁悬浮CMG上进行试验。试验结果表明，加入估计力矩反馈后，系统动态响应性能得到提高，超调减小；框架角速率给定为10o／s时，速率波动量降低了42％。该方法可有效的提高CMG输出力矩的精度。关键词谐波减速器；非线性扭转刚度；估计力矩反馈；控制力矩陀螺中图分类号：TP275；V448．22文献标识码：A文章编号：1674-5825(2012)06-0062--07对位置精度和速率平稳性

3、要求特别高的场合。由于1引言MSCMG框架转速非常低，谐波减速器的非线性传动磁悬浮控制力矩陀螺(MagneticallySuspended特性对框架速率平稳性影响非常显著。ControlMomentGyro，MSCMG)采用磁轴承支承技术，对于非线性扭转刚度的建模，文献[5]通过分具有寿命长、输出力矩大及精度高等优点，是空间站析柔轮齿和刚轮齿的啮合过程，建立了谐波减速等大型航天器姿态控制系统的关键执行机构旧。器非线性扭转刚度的数学模型，由于轮齿在工作MSCMG主要包括磁悬浮轴承系统、高速电机系统和过程中会发生

4、变形，因此模型中参数具有时变性。框架系统，其中框架系统的速率精度直接决定了陀文献[6]综合考虑非线性扭转刚度和非线性摩擦，螺输出力矩的精度。对于大型单框架MSCMG，为减参照磁滞模型建立了谐波减速器输出力矩的滞回小框架力矩电机的体积和重量，框架系统采用减速模型，所构建的模型比较复杂，参数确定比较困器进行力矩放大。难。对于非线性扭转刚度的控制，由于基于建模实与其它减速器相比，谐波减速器具有体积小、重现高精度控制的工程可实现性较差，因此多数文量轻、传动比大、传动精度高、传动平稳等优点，在献采用了力矩反馈的方法，文

5、献[7][8]通过力矩各个领域获得了广泛的应用[3】。因此谐波减速器是传感器或应变片检测输出轴力矩，并以此力矩构建CMG框架系统的较优选择。但是谐波减速器由于自力矩闭环，对柔轮输出力矩进行直接控制。力矩反身结构特点以及加工装配误差，存在运动误差、非线馈控制的方式使输出力矩得到较好控制，有效的性扭转刚度、非线性摩擦、回差等非线性特性问。非线抑制了谐波减速器非线性扭转刚度对输出速率平性传动特性的存在会影响谐波传动的性能，特别是稳性的影响。MSCMG受体积重量的限制，没有安装收稿日期：2011-09—15；修回日期

6、：2012—02一O1基金项目：国家杰出青年科学基金(60825305)；国家“973”计~1(2009CB72400103)。作者简介：陈彦鹏(1987一)，男，硕士研究生，研究方向为磁悬浮控制力矩陀螺框架伺服系统控制。E-mail：cypl2131415@163．tom第6期陈彦鹏等：估计力矩反馈在CMG框架伺服系统中的应用63力矩传感器，本文针对谐波减速器非线性扭转刚度而变化。本文所采用谐波减速器的平均扭转刚度测对单框架MSCMG框架伺服系统速率精度的影响问试曲线如图2所示。x10—3题，提出了一种估计

7、力矩反馈的控制方法。首先建立了带有非线性扭转刚度的框架系统动力学模型，然／／／后提出了一种利用离散非线性跟踪微分器估计角加速度并进行力矩反馈的方法。最后在Matlab中进行一暑．、．一了仿真分析，并在单框架MSCMG上进行试验验证。、样／2CMG框架伺服系统结构／／／／。单框架MSCMG框架伺服系统结构如图1所示，主要由力矩电机、谐波减速器、磁悬浮高速转子系统、旋转变压器、框架轴承等组成。其中，谐波减速扭矩／(Nm)器由波发生器、柔轮和刚轮三部分组成。图2谐波减速器平均扭转刚度曲线由于轮齿啮合间隙及摩擦等原因

8、，当扭转角在[一A0A03范围内时，扭矩．)=0，即扭转刚度曲线在原点附近存在死区。死区以外扭转刚度曲线可以通过一元多项式g()描述。综上所述，图2中扭转刚度曲线可通过下式描述：fg(O—A0)0>A0)={0101≤△(5)图1单框架MSCMG框架伺服系统结构示意图Ig(0+A0)<一A0框架伺服系统动态数学模型如下：为精确建立系统的模型，多项式()为：札d／d抖=(1)g()：K1++K5(6)