[发明专利]一种基于谐波减速器扭转刚度迟滞模型的双框架控制力矩陀螺高精度框架速率伺服系统

权利要求书

1.一种基于谐波减速器扭转刚度迟滞模型的双框架控制力矩陀螺高精度框架速率伺服系统，其特征在于，包括速率环控制器（1）、电流环控制器（2）、功放（3）、力矩电机（4）、电机端光电码盘（5）、谐波减速器（6）、负载（7）、负载端光电码盘（8）、谐波减速器扭转刚度迟滞模型（9）与补偿模块（10）；其中，双框架控制力矩陀螺高精度框架速率伺服系统的速率指令信号由姿态控制计算机给定，经速率环控制器（1）计算相应的电流指令作为电流环控制器（2）的指令电流，电流环控制器（2）计算出相应的输出电流信号经功放（3）输出实际控制电流对力矩电机（4）进行驱动，固连于力矩电机（4）的电机端光电码盘（5）测得电机端角位置，力矩电机（4）的输出轴与谐波减速器（6）的波发生器固连，谐波减速器（6）作为力矩放大的传动装置，输出力矩作用于负载（7），带动固连于负载的负载端光电码盘（8）旋转而测得负载端角位置，负载端角位置经减速比折算到电机端与电机端角位置相减得到谐波减速器（6）的扭转角，将扭转角信息输入到谐波减速器扭转刚度迟滞模型（9）可得抑制谐波减速器迟滞效应的理想输入力矩，此力矩进入到补偿模块（10）中可得到需要补偿的输入电流，在电流环控制器（2）输入端进行力矩补偿。

2.根据权利要求1所述的双框架控制力矩陀螺高精度框架速率伺服系统，其特征在于：采用经典Preisach模型进行谐波减速器扭转刚度迟滞模型的构造，以谐波减速器的扭转角θ(t)作为模型的输入量，谐波减速器输入力矩f(θ，t)作为模型的输出量，Preisach模型的经典形式为：

f(θ,t)∫∫α≥βμ(α,β)γ^αβθ(t)dαdβ]]>

Preisach模型经典形式中的μ(α,β)为迟滞单元的权重函数，表示每一离散积分区域dαdβ中迟滞单元对积分值的权重，每一迟滞单元都由一对开关量决定，α,β为分别对应开关量的上，下切换值。

3.根据权利要求2所述的双框架控制力矩陀螺高精度框架速率伺服系统，其特征在于：采用将经典Preisach模型离散化的方法，在仅电流闭环、速率开环的情况下采集建立谐波减速器扭转刚度迟滞模型并进行权重函数μ(α,β)辨识的数据，即给定指令电流作为系统的输入来控制谐波减速器的输入力矩，采集电机端光电码盘（5）与负载端光电码盘（8）所测角位置计算谐波减速器的扭转角，由谐波减速器输入力矩与扭转角信息可得到谐波减速器扭转刚度迟滞模型为：

若所测输入θ(t)递减，

f(θ,t)=-f++Σk=1n-1(fMkmk-1-fMkmk-1)+fMnθ(t)-fMnmn-1]]>

若所测输入θ(t)递增，

f(θ,t)=-f++Σk=1n-1(fMkmk-fMkmk-1)+f-mn-1-f-mn-1,-θ(t)]]>

其中f⁺、均为事先采集到的谐波减速器输入力矩值，M_k、m_k为满足经典Preisach模型擦除特性而确定的（n-1）对历史输入极值点中的一对极大极小值点，m_k-1为m_k的前一极小值点，k值代表满足擦除特性的历史输入的极大极小值对数，M_n为在当前递减输入的前一历史输入极大值点，m_n-1为当前递增输入的前一历史输入极小值点，f⁺为输入在极大值时的输出值，代表输入上升至M_k后下降至m_k采集点的输出值，代表输入上升至M_k后下降至m_k-1采集点的输出值，代表输入上升至M_n后下降至当前输入θ(t)采集点的输出值，代表输入上升至M_n后下降至m_n-1采集点的输出值，代表输入上升至-m_n-1采集点的输出值，代表输入上升至-m_n-1后下降至–θ(t)采集点的输出值。