[发明专利]动量轮摩擦力矩在轨实时估计方法

权利要求书

1.一种动量轮摩擦力矩在轨实时估计方法，其特征在于，所述动量轮摩擦力矩在轨实时估计方法包括以下步骤：

步骤一，动量轮参数采集与转换；

所述步骤一包括以下步骤：

步骤十，动量轮参数采集；动量轮参数采集包括动量轮的转速与动量轮的控制电压，动量轮转速反应动量轮动量变化，动量轮转速数据更新周期为T₁，控制电压更新周期为T₂，T₂是T₁的整数倍，这样控制电压数据在T₂时间内被采集m次，m的计算方法如下式所示；

m＝T₂/T₁

步骤十一，参数转换；动量轮转速转换得到动量轮转动角速度ω，ω的计算公式如下式所示：

ω＝N*2π/60＝Nπ/30

动量轮控制电压根据已知力矩刻度系数换算到动量轮的驱动控制力矩Mc，Mc的计算公式如下式所示：

M_c＝K_uU

其中,N为动量轮转速，N单位为转/分，π为圆周率，U为控制电压，K_u为力矩刻度系数，K_u单位为Nm/V，ω单位为rad/s；

步骤二，积分时间参数选取；积分时间参数包括积分过程迭代步长、积分时长，迭代步长T₃表示两次积分求和的时间间隔，决定了摩擦力矩计算时数据输出频率，不小于动量轮转速数据更新周期T₁，取为nT₁，1≤n≤m，n为常整数；由于控制电压采集周期为T₂，为保证数据有效，积分时长T₄不小于控制电压更新周期T₂；

步骤三，积分求和；所述步骤三包括以下步骤：

步骤三十，求取角动量微分项，即对动量轮动态转矩平衡方程中角动量微分项积分；角动量微分项的积分可以用积分时长内动量轮角动量变化来表示，积分结束时刻角动量减去积分初始时刻角动量就是角动量微分项的积分，角动量微分项的积分的计算公式如下式所示：

其中，J为动量轮绕转动轴的转动惯量，可以地面精确测量得到，ω为动量轮转动角速度，为动量轮角速度的微分，即动量轮角加速度，t₀表示积分初始时刻，为t₀+T₄时刻动量轮转动角速度为t₀时刻角速度，ω_i+m为采集数据中第i+m个角速度，ω_i为采集数据中第i个角速度；

步骤三十一，求取驱动控制力矩M_c积分，采集时刻的驱动控制力矩乘以控制电压采集周期，并在积分时长内依次叠加，得到驱动控制力矩项的积分，驱动控制力矩项的积分的计算公式如下式所示：

步骤三十二，求取摩擦力矩M_d积分，摩擦力矩在整个过程中一直存在，认为在积分时长内是不变化的，因此摩擦力矩积分用摩擦力矩与积分时长的乘积得到，摩擦力矩积分的计算公式如下式所示：

所述步骤三十中的动量轮动态转矩平衡方程如下式所示：

其中，J为动量轮转动惯量，ω为动量轮转动角速度，Mc为动量轮驱动控制力矩，Md为动量轮受到的摩擦力矩；根据动量轮转速、驱动控制电压测量数据实时解算摩擦力矩；

步骤四，摩擦力矩解算；对动量轮转动力矩平衡方程等式两边各项分别积分，分解可得如下式所示：

利用上面步骤三中求得的各项积分结果，反解得到动量轮转动过程摩擦力矩；根据数据需求确定得到的迭代步长T₃，每隔T₃时长取一个点作为本次积分的t₀时刻，然后重复上面步骤三与步骤四，得到连续摩擦力矩输出；

所述步骤四对动量轮转动力矩平衡方程等式两边各项分别积分，利用步骤三中求得的各项积分结果，反解得到动量轮转动过程摩擦力矩；

所述动量轮摩擦力矩在轨实时估计方法基于刚体转动动力学原理，利用动量轮转速测量数据和驱动控制电压测量数据估计摩擦力矩，转速数据和控制电压数据更新快慢不同，并根据数据更新频率确定迭代步长以及积分时长。