[发明专利]控制力矩陀螺输出力矩的预示方法

权利要求书

1.一种控制力矩陀螺输出力矩的预示方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，将控制力矩陀螺CMG高速转子系统划分为五个子系统，包括高速转子、轴承组件、挠性支承、隔振装置和低速框架，并针对所述高速转子、所述轴承组件、所述挠性支承和所述隔振装置建立整机系统微振动分析模型，通过数值方法求解所述整机系统微振动分析模型，得到飞轮转子系统微振动响应；

步骤S2，建立低速框架坐标系，计算所述高速转子自转和公转引起的绕低速框架三个坐标轴的陀螺力矩向量，处理所述陀螺力矩向量得到控制力矩陀螺CMG输出力矩的数学表达式；

步骤S3，在所述飞轮转子系统微振动响应的基础上，预设所述低速框架的转速，并代入所述控制力矩陀螺CMG输出力矩的数学表达式，获得控制力矩陀螺CMG输出力矩的理论预测值。

2.根据权利要求1所述的控制力矩陀螺输出力矩的预示方法，其特征在于，所述低速框架包括框架主轴、框架轴承和框架支撑结构，其中，所述框架主轴通过四点接触滚动球轴承支撑，通过所述挠性支承中的安装支架与所述高速转子连接，所述框架支撑结构与卫星本体连接，在电机的驱动下，所述框架主轴低速旋转，输出控制力矩，以控制卫星姿态。

3.根据权利要求1所述的控制力矩陀螺输出力矩的预示方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括：

分别推导高速转子扰振方程组、轴承组件非线性支承力向量、挠性支承运动微分方程组和隔振装置运动微分方程组，通过整理、组集，得到整机系统微振动分析模型：

其中，表示系统自由度向量，M,K₁,C₁,G分别为系统的质量、刚度、阻尼和陀螺矩阵，F_e,F_g表示不平衡质量激励和自身重力激励，F_b表示左右轴承引起的非线性扰振力向量。

4.根据权利要求3所述的控制力矩陀螺输出力矩的预示方法，其特征在于，所述控制力矩陀螺CMG实际安装过程中，所述高速转子除考虑静不平衡引起的激励力f_u1，f_u2和动不平衡引起的激励力矩T_u1，T_u2外，还考虑旋转轴线与轴承中间线之间存在夹角所引起的不平衡扭矩T_s1，T_s2，计算公式为：

T_s1＝-(I_dfw-I_pfw)βΩ²cosΩt

T_s2＝(I_dfw-I_pfw)βΩ²sinΩt

其中，I_dfw为所述高速转子的直径转动惯量，I_pfw为所述高速转子的极转动惯量。

5.根据权利要求1所述的控制力矩陀螺输出力矩的预示方法，其特征在于，所述陀螺力矩向量为：

G_y＝T_gfJ_fω_f

其中，G_y为陀螺力矩向量，J_f为高速转子的转动惯量向量，T_gf表示角速度矩阵，ω_f为瞬态角速度向量。