[发明专利]一种变增益章动阻尼器的实现方法

说明书

一种变增益章动阻尼器的实现方法，涉及变速倾侧动量轮运动体控制领域。为了解决变速倾侧动量轮由于转子陀螺效应在外加激励作用下产生章动造成系统失稳的问题。技术要点：得到章动频率与动量轮转速的函数关系；根据变速倾侧动量轮运行时的实测转速，确定测速过程中引入的随机噪声变化范围，通过在转速时变和转速稳定条件下章动阻尼器效果的对比，确定章动阻尼器转速量化步长并得到章动阻尼器中心频率；根据章动阻尼器转速量化步长和章动谐振峰幅值大小确定章动阻尼器的参数完成章动阻尼器的设计；将设计的章动阻尼器进行离散化处理以对变速倾侧动量轮进行章动抑制。本发明考虑不同因素的影响，设定转速量化步长，得到效果更优的变增益章动阻尼器。

技术领域

本发明涉及变速倾侧动量轮运动体控制领域，具体涉及一种变增益章动阻尼器的实现方法。

背景技术

变速倾侧动量轮作为一种适用于微小航天器姿态敏感和控制的新型集成化装置，借鉴变速双框架控制力矩陀螺和动力调谐陀螺的思想，通过控制一个扁平转子体角动量幅值和指向变化，能够同时实现三轴姿控力矩输出和两轴姿态角速率测量功能。变速倾侧动量轮的应用将很大程度地提高微小航天器姿控系统的集成度和效率，减小系统的质量、体积、功耗和研制成本。

转子受到陀螺效应的影响，存在进动和章动两种涡动模态，其中转子章动是变速倾侧动量轮失稳的主要形式。由于转子在运行中需要实时改变转速，因此变速倾侧动量轮对应的章动频率也是时变的。为了抑制章动造成的系统失稳，需要设计依赖转速变化的变增益章动阻尼器。在已有专利(专利名称为：基于变参数章动阻尼的变速倾侧动量轮进动控制方法，专利号为：201711498624.0)中提出了一种变增益章动阻尼器的设计方法。但在实际数字控制系统中，一方面控制器是离散的，另一方面由于实际系统转子转速存在小范围波动，使用参数实时随转速变化的阻尼器往往不能达到预期的章动抑制效果。基于此，有必要提出适用于数字控制系统且适应转子转速变化和存在一定程度波动的变增益章动阻尼器的计算机实现方法。

发明内容

针对变速倾侧动量轮由于转子陀螺效应在外加激励作用下产生章动造成系统失稳的问题，本发明提出了一种针对转速测量存在噪声情况下的变增益章动阻尼器的实现方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种变增益章动阻尼器的实现方法，所述方法具体为：

步骤一、通过动量轮倾侧回路开环扫频实验，确定变速倾侧动量轮在不同转速下的章动频率点，对转速-章动频率进行拟合，得到章动频率与动量轮转速的函数关系；

步骤二、根据变速倾侧动量轮运行时的实测转速，确定测速过程中引入的随机噪声变化范围，进而通过在转速时变和转速稳定条件下章动阻尼器效果的对比，确定章动阻尼器转速量化步长并得到章动阻尼器中心频率，章动阻尼器的转速在所述量化步长范围内不受噪声影响而改变；

步骤三、根据章动阻尼器转速量化步长和章动谐振峰幅值大小确定章动阻尼器的参数：串联陷波器的数量、中心陷波深度和陷波带宽，完成章动阻尼器的设计；将设计的章动阻尼器进行离散化处理以对变速倾侧动量轮进行章动抑制。

步骤一、通过倾侧回路开环实验，对得到的数据进行线性拟合，得到系统章动频率与动量轮转速的关系，具体为：

(a)令变速倾侧动量轮以转速n_zi稳定运行，在倾侧控制回路开环的条件下，给倾侧轴x轴方向分别施加幅值为A_i，频率为f_i的正弦电压，同时保持与x轴正交的y轴方向施加电压为0，测量正交于激励的y轴方向的开环稳态响应，记录在转速n_zi下的幅值比k_i，其中，i＝1,2,…，用于区别不同转速；下角标z表示z轴；

(b)得到转速n_zi下的幅值特性的谐振峰对应的频率为f_ri，此频率即确定为n_zi转速下的动量轮章动频率；