基于复合控制器的卫星帆板驱动机构的控制

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1、第33卷第1期计算机仿真2016年1月文章编号：1006—9348(2016)01—0081—05基于复合控制器的卫星帆板驱动机构的控制程俊波1，张强1，虎刚2，郭超勇1(1．北京控制工程研究所，北京100190；2．中国长城工业总公司。北京100054)摘要：由于步进电机驱动作用，太阳帆板在对日定向时卫星姿态稳定度易受影响。为了降低驱动机构对太阳帆板的激励作用，选用了扰动力矩较少的永磁同步电机作为驱动源进行闭环控制。由于太阳帆板的影响，系统带宽能力受限，使传统的PI控制器无法通过加大增益达到增加刚度的目的，从而减弱了对转速波动的抑制能力。为解决此问题，将超前滞后校正

2、网络与模糊控制相结合提出了一种自动切换式模糊与校正网络的复合控制器。仿真结果表明，此复合控制方法能够很好地抑制驱动系统的扰动，提高了系统的速度精度和稳定度，并且响应速度较快，具有较好的动态性能。关键词：太阳帆板驱动机构；永磁同步电机；超前滞后校正网络；模糊控制器；速度稳定度中图分类号：TP273文献标识码：BTheControlofHighStabilitySADABasedonaCompositeControllerCHENGJun—b01，ZHANGQian91，HUGan92，GUOChao—yon91(1．BeijingInstituteofControlEn

3、gineering，Beijing100190，China；2．ChinaGreatWallIndustryCorporation，Beijing100054，China)ABSTRACT：TheattitudeofsatelliteisdisturbedundertheinfluenceofstepmotordrivingduringtheperiodofsolaraiTyapointingtothesun．InordertodecreasethedisturbanceofSADAtosolararray，thePMSMWaschosentobethedriveso

4、urces．Asfortheinfluenceofsolararray．thebandwidthofthesystemislimitedSOastothePIconlrollerdon’tincreasethegaintoimprovetheanti—interferencecapacityandvelocitystabilityofdrivemechanics．Andbasedonit，anautomaticswitchcompositecontrollerisbroughtforwardthatiscomposedoffuzzycontrollerandthele

5、ad-lagcontroller．SimulationresultsindicatethatthismethodcanprimelyrefrainthedisturbanceofSADAwithhighrespondspeedanddynamicperformance．KEYWORDS：SADA；PMSM；Lead-lagcontroller；Fuzzycontroller；VelocityStability1引言卫星在轨运行期间．太阳帆板要相对星体转动以跟踪太阳，从而获得最大限度的能量。由于步进电机定位精度高，无累计误差，加上电机易开环控制，驱动线路简单，因而在太阳

6、帆板驱动机构(SolarArrayDriveAssembly，SADA)中得到了广泛的应用。但是，步进电机受脉冲控制，动态响应差，加上电机自身谐波力矩和机构摩擦力矩的影响，通常帆板驱动不平稳。直接影响卫星姿态控制精度和稳定度[t-2i。有关SADA驱动机理及控制的文章较少，大多数文章都是针对提高步进电机的驱动性能来提高稳定度。文献[3]考虑到帆板存在的挠性．将输入成型技术引入到SADA驱动系统的研究中。文献『4]对直接驱动型单轴SADA建立了精确的数学模型，并且利用数学仿真对模型的准确性进行了验证。文献[5]分析了重要的谐波力矩对速率稳定度的影响，收稿13期：2015

7、—03—21修回13期：2015—04—11提出了电流补偿的方法，并对补偿的效果进行了详细的实验研究。文献[6]对含SADA的卫星姿态动力学进行了建模，并分析了导电环摩擦和电机步进震荡的问题。上述文献中的SADA系统都是采用步进电机作为驱动源，其电机本身的谐波力矩会对太阳帆板进行激励，容易造成系统控制性能的恶化。因此，采用高性能的电机作为驱动源对提高SADA系统的驱动平稳性显得尤为重要。目前，国内外采用高性能电机的作为驱动源的SADA系统报道较少。哈勃空间望远镜的两台SADA由Astrium公司研制，采用DD电机直接驱动方案．但是只在其产品目录中提及