针对由谐波减速器的柔性、低阻尼引起控制力矩陀螺(control moment gyro,简称CMG)框架伺服系统产生机械谐振的问题,提出了一种基于H∞混合灵敏度的振动抑制方法。结合框架伺服系统动力学模型阐明了系统产生谐振的原理,分析了系统的谐振频率点,并将由于谐波减速器引起的谐波扭转力矩作为系统输出端的扰动,在速度环中设计了基于混合灵敏度的H∞控制器来抑制该扰动,从而抑制框架伺服系统的谐振。以1 000N·m·s的控制力矩陀螺框架伺服系统为研究对象进行仿真及实验,结果表明,该控制方法有效地抑制了框架伺服系统的机械谐振,提高了框架伺服系统的速率输出精度。
针对双框架控制力矩陀螺(double gimbal control moment gyro,简称DGCMG)内外框架间的耦合力矩和航天器快速机动带来的牵连力矩引起框架角速率波动问题,建立了动基座下DGCMG框架伺服系统的动力学模型,提出了一种基于扩张状态观测器(extended state observer,简称ESO)的扰动力矩估计方法。对耦合力矩、牵连力矩等扰动力矩进行估计并采用力矩前馈的方式进行补偿,从而抑制扰动力矩对框架伺服系统控制精度的影响。仿真及实验结果表明,该控制方法能有效抑制由于扰动力矩引起的框架速率波动,提高了框架的速率输出精度。
磁悬浮控制力矩陀螺(Control Moment Gyro,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Matlab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10°/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。
