【摘要】：陀螺飛輪系統(tǒng)通過(guò)控制轉(zhuǎn)子角動(dòng)量的幅值和指向,可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)三維力矩輸出和兩維姿態(tài)角速率測(cè)量,滿(mǎn)足微小航天器對(duì)姿態(tài)控制系統(tǒng)的小型、輕量、低成本和高集成度發(fā)展需求。傾側(cè)振動(dòng)會(huì)影響陀螺飛輪系統(tǒng)的力矩輸出和姿態(tài)敏感精度,甚至?xí)䦟?dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn),因此,本文以?xún)A側(cè)角一倍頻成分為研究對(duì)象,采用系統(tǒng)自身力矩器作為作動(dòng)器,研究陀螺飛輪系統(tǒng)傾側(cè)的主動(dòng)振動(dòng)控制問(wèn)題。首先,結(jié)合陀螺飛輪系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu),利用拉格朗日建模方法建立了陀螺飛輪系統(tǒng)完整非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型,基于該模型以及坐標(biāo)變換關(guān)系推導(dǎo)了陀螺飛輪系統(tǒng)傾側(cè)角模型,并利用Sim Mechanics工具箱搭建了陀螺飛輪系統(tǒng)機(jī)械仿真模型,為陀螺飛輪系統(tǒng)的傾側(cè)振動(dòng)特性分析和主動(dòng)振動(dòng)控制方法的效果驗(yàn)證提供了仿真平臺(tái)。其次,采用雙頻Bode圖法分析了變轉(zhuǎn)速和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化對(duì)陀螺飛輪系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。利用陀螺飛輪系統(tǒng)機(jī)械仿真模型,在傾側(cè)回路開(kāi)環(huán)和閉環(huán)條件下,分別在時(shí)域和頻域分析陀螺飛輪系統(tǒng)傾側(cè)振動(dòng)曲線(xiàn),同時(shí)以不平衡引起的陀螺飛輪傾側(cè)振動(dòng)為例,分析傾側(cè)一倍頻幅值隨轉(zhuǎn)速和不平衡量的變化規(guī)律,為陀螺飛輪系統(tǒng)傾側(cè)的主動(dòng)振動(dòng)控制方法研究墊定基礎(chǔ)。再次,基于陀螺飛輪系統(tǒng)自身力矩器,研究三種主動(dòng)振動(dòng)控制方法。基于機(jī)理分析的主動(dòng)振動(dòng)控制方法,是利用輸出傾側(cè)角與輸入力矩的幅值比和相位差,通過(guò)辨識(shí)陀螺飛輪系統(tǒng)傾側(cè)振動(dòng)幅值和初相來(lái)確定校正力矩。基于影響系數(shù)法的主動(dòng)振動(dòng)控制方法,是根據(jù)輸入力矩與輸出傾側(cè)角的比例關(guān)系,計(jì)算校正力矩。基于相位優(yōu)先尋優(yōu)的主動(dòng)振動(dòng)控制方法,是通過(guò)在轉(zhuǎn)子施加不同相位和幅值的力矩,以輸出傾側(cè)角一倍頻幅值最小為標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)先確定校正力矩相位,再確定其幅值。根據(jù)以上三種方法辨識(shí)結(jié)果,利用力矩器施加校正力矩完成主動(dòng)振動(dòng)抑制。以上三種方法均經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證。最后,利用陀螺飛輪樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),分別驗(yàn)證了基于影響系數(shù)法的主動(dòng)振動(dòng)控制方法和基于相位優(yōu)先尋優(yōu)法的主動(dòng)振動(dòng)控制方法,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明利用陀螺飛輪自身力矩器可以較好的實(shí)現(xiàn)傾側(cè)振動(dòng)的主動(dòng)控制。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V448.22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2663451