两平行构型双框架磁悬浮变速控制力矩陀螺操纵律设计-论文.pdf

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1、上海航天第32卷2015年第3期AER0SPACESHANGHAI7文章编号：1006—1630(2015)03—0007—05两平行构型双框架磁悬浮变速控制力矩陀螺操纵律设计孙宏丽，项飞，李结冻。，曹震宇，谭天乐(1．上海航天控制技术研究所，上海200233；2．上海市空间智能控制技术重点实验室，上海200233)摘要：设计了一种平行构型双框架磁悬浮变速控制力矩陀螺(VSDGCMG)操纵律。建立了VSDGCMG动力学模型，提出奇异测度函数，由框架控制目标函数获得框架角速率指令，内转子控制目标函数获得内转子角加速度

2、指令，设计了避开VSDGCMG奇异构型的操纵律。仿真结果验证了两VSDGCMS采用该操纵律能有效跟踪姿态控制指令力矩。关键词：磁悬浮变速控制力矩陀螺；操纵律；平行构型；框架角速率；内转子角加速度中图分类号：V241．5文献标志码：ADesignofSteeringLawsforParallelMountedVariableSpeedDoubleGimbalMagneticallySuspendedControlMomentGyroscopesSUNHong—li～，XIANGFei～，LIJie—dong～，CAO

3、Zhen-yu，TANTian—le’(1IShanghaiAerospaceControlEngineeringInstitute，Shanghai200233，China；2．ShanghaiSpaceIntellectiveControlTechnologyLab，Shanghai200233，China)Abstract：Anewsteeringlawsforparallelmountedvariablespeeddoublegimbalmagneticallysuspendedcontrolmomentg

4、yroscopes(VSDGCMG)weredesignedinthispaper．ThedynamicsmodelofVSDGCMGwasestablished．Thesingularmeasurefunctionwasputforward．Thesteeringlawswereestablishedthroughthegimba1controlobjectfunctionwhichwasobtainedbygimbalangularrateandflywheelrotorcontrolobjectfunctio

5、nwhichwasobtainedbyflywheelrotorangularacceleration．ThesimulationresultsvalidatedthattheVSDGCMusingthenewsteeringlawscouldtracktheattitudecontrolmomentordereffectively．Keywords：Variablespeeddoublegimbalmagneticallysuspendedcontrolmomentgyroscopes；Steeringlaws；

6、Parallelmounted；Gimbalangularrate；Flywheelrotorangularacceleration0引言射的和平号空间站，但对其动力学与控制系统的研究并未见深入报道[3]。随着航天技术的发展，动量交换装置因其输出范围大、响应快且可连续变化、不消耗工质等优点日文献E43获得了应用于航天器的磁悬浮内转子益频繁地用于航天器姿态控制系统n]。DGMSC—的动力学模型，用仿真分析各部分的耦合影响。对MG不仅能满足高精度、长寿命要求，而且可降低姿磁悬浮转子系统的稳定性控制，文献Es]分析了转子

7、控执行机构的体积和质量，是航天器实现高精度和转速与稳定性的关系。但这些研究都是分析静框架快速机动姿控的理想执行机构]。目前，将磁悬浮下的转子特性，均未考虑载体运动的影响。文献[63SGCMG作为执行机构已有实际应用，如1986年发分析了DGMSCMG的动力学耦合机理，提出了一种基于复合控制的补偿方法对磁悬浮转子稳定性进收稿日期：2014-05—16；修回日期：2014—06—19作者简介：孙宏丽(1982一)，女，博士生，主要从事航天器动力学行控制，但仅限于静基座下DGMSCMG的动框架建模与姿态控制。效应补偿。文

8、献[7]研究了平行构型变速控制力矩上海航天AERoSPACESHANGHAI第32卷2015年第3期陀螺群的控制律及其在航天器姿态控制中的应用。航天器上的安装方位(即CMG的构型)有关，为常通常控制力矩陀螺在姿态控制中，需解决框架构型值矩阵。奇异的情况，设计的控制律可在一定程度上避免奇外框坐标系O-xYj：与外框固连，为外框架异。平行构型CMG避免奇异的性能