大型挠性太阳帆板的闭环驱动控制技术研究.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI第32卷2015年第2期文章编号：1006—1630(2015)02-0008—05大型挠性太阳帆板的闭环驱动控制技术研究施桂国1，王赘2，朱庆华1，胡恒建1(1．上海航天控制技术研究所，上海200233；2．上海航天技术研究院，上海201109)摘要：针对大型航天器配备大惯量、大挠性太阳帆板的背景需求，为提高帆板跟踪控制精度，并减少帆板角运动耦合到航天器本体的力矩，考虑帆板挠性、齿轮减速器间隙和摩擦力等工程要素，建立了刚挠系统耦合动力学模型，研究了比例积分微分(PID)控制律+挠性抑制滤波+摩擦力矩前馈补偿的综合控制策略。数学仿真

2、结果验证了该控制策略的可行性，实现了大挠性帆板的高精度控制，有一定的工程应用价值。关键词：大型挠性太阳帆板；闭环控制；挠性抑制；传动间隙；摩擦力矩补偿中图分类号：TM383．6文献标志码：AAClosedLoopControlStrategyforLargeFlexibleSolarPanelSHIGui—gu01，WANGYun2，ZHUQing—hual，HUHeng—iianl(1．ShanghaiInstituteofSpaceflightControlTechnology，Shanghai，200233，China；2．ShanghaiAcademyofSpace

3、flightTechnology，Shanghai，201109，China)Abstract：InordertOimprovetrackingcontrolprecisionforlargeflexiblesolarpanelandreducethecouplingmomenttospacecraftbody，aclosed—loopcontrolstrategybyconsideringsomeengineeringfactorsthatweresolarpanelflexibility，geartransmissionbacklashandfrictionwaspro

4、posedinthispaper．Therigid—flexiblecouplingdynamicsmodelofsystemwasbuilt，andaPIDclosed—loopcontrollerwithfrictionmomentcompensation，aswellasanotchfiltertOsuppresspanelflexiblewereputforward．Thesimulationresultsshowedthatthiscontrolstrategywaseffectivewithfavorabletrackingcontrolprecisionfor

5、suchsolarpanel．Keywords：Largeflexiblesolarpanel；Closedloopcontrol；Suppressionofflexiblevibration；Transmissionbacklash；Frictionmomentcompensation0引言传统航天器太阳帆板驱动以步进电机作为执行机构，采用开环控制方式，具有实现简单和控制精度适中的优点。但随着未来以大惯量和大挠性为特点的大型新型帆板在空间站、太阳能发电卫星和超大型雷达天线卫星等大型航天器中的逐渐应用，开环控制模式已不能满足航天器对帆板跟踪提出的转速稳定性和位置精度的要求[

6、1]。因此，高精度帆板驱动控制将会采用闭环控制模式，如国际空间站的a太阳帆板驱动系统已采用了闭环控制模式[2]。闭环控制是大型挠性帆板驱动的关键技术之一，与传统收稿日期：2014—03—10；修回日期：2014—04—08作者简介：施桂国(1982一)，男，博士．工程师，主要研究方向为航天器姿轨控技术。开环控制相比，其设计中需考虑的因素更多，尤其是要协调帆板挠性抑制与跟踪控制性能间的关系。针对大型航天器采用大型挠性帆板的背景需求，考虑帆板挠性、齿轮减速器间隙和摩擦力等工程要素，本文对大型挠性帆板的闭环驱动控制技术进行了研究。系统刚挠耦合动力学建模1．1驱动系统组成太阳帆板驱

7、动系统由直流电机、多级减速器(简化为一对主从齿轮副)和双翼帆板组成，如图1所示。图中：主动齿轮与电机轴刚性固连，帆板与从动齿轮刚性固连，齿轮传动比i=0M／0。一800，MM为电机输出力矩(≤1N·m)，JM=0．05·kg·113．2，钆分第32卷2015年第2期施桂国，等：大型挠性太阳帆板的闭环驱动控制技术研究别为电机／主动齿轮在电机轴上的转动惯量和转角，J。=3x105·kg·m2，巩分别为帆板／从动齿轮在驱动轴上的转动惯量和转角。本文研究的帆板挠性特征明显，单翼帆板长不小于20m，基频