[发明专利]一种控制力矩陀螺框架系统鲁棒复合控制方法

权利要求书

1.一种控制力矩陀螺框架系统鲁棒复合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，根据控制力矩陀螺框架系统转速输出量与电流输入量之间的动力学关系建立框架系统标称模型；

第二步，根据标称模型选择混合灵敏度加权函数并求解H_∞控制器保障框架系统动态性能与模型摄动抑制能力；

第三步，设计峰值滤波器抑制动不平衡引起的高频干扰对速度调节精度的影响；

所述第三步，设计峰值滤波器抑制动不平衡引起的高频干扰对速度调节精度的影响：

其中，s为传递函数复变量，k_f为滤波器增益，ζ_f为滤波器阻尼，为偏移相角，T(jω)为框架系统补灵敏度函数的幅频特性；Ω为转子转速；

第四步，设计干扰观测器增强框架系统的抗干扰能力；

第五步，将第二步设计的H_∞控制器、第三步设计的峰值滤波器与第四步设计的干扰观测器进行复合，得到一种控制力矩陀螺框架系统鲁棒复合控制方法；

所述第一步，根据控制力矩陀螺框架系统转速输出与电流输入之间的动力学关系建立框架系统标称模型：

其中，ω,i_q分别为控制力矩陀螺框架系统转速与电流控制量；G_p(s)为框架系统标称模型；s为传递函数复变量；K_pi(s)为电流控制器传递函数；k_t为转矩系数；J为转子惯量与框架转动惯量之和；L为定子电感；R为定子电阻；k_u为反电动势系数。

2.根据权利要求1所述的一种控制力矩陀螺框架系统鲁棒复合控制方法，其特征在于：

所述第二步，根据标称模型选择混合灵敏度加权函数并求解H_∞控制器保障框架系统动态性能与模型摄动抑制能力具体包括：

首先，建立框架系统的混合灵敏度函数：

其中、S(s),T(s)分别为控制力矩陀螺框架系统灵敏度函数、补灵敏度函数；K(s)为待设计的H_∞控制器；G_p(s)为控制力矩陀螺框架系统标称模型；

其次，选择混合灵敏度函数加权函数，使得期望性能归结为H_∞范数指标：

其中，W_S(s),W_KS(s),W_T(s)分别为控制力矩陀螺框架系统灵敏度加权函数、控制加权函数和补灵敏度加权函数；|| ||_∞为无穷范数；γ为性能指标；

然后，根据H_∞范数指标求解H_∞控制器K(s)。

3.根据权利要求1所述的一种控制力矩陀螺框架系统鲁棒复合控制方法，其特征在于：所述第四步，设计频域干扰观测器增加框架系统抗干扰控制性能：

1)首先设计低通滤波器对传感器噪声进行过滤：

其中Q(s)为低通滤波器；τ为低通滤波器系数；s为传递函数复变量；

2)然后，设计频域干扰观测器对摩擦力矩进行估计：

其中为摩擦力矩d_f的估计值；Q(s)为低通滤波器；G_p(s)为控制力矩陀螺框架系统标称模型；u为本方法所设计的鲁棒复合控制器。

4.根据权利要求1所述的一种控制力矩陀螺框架系统鲁棒复合控制方法，其特征在于：所述第五步，将第二步设计的H_∞控制器、第三步设计的峰值滤波器与第四步设计的干扰观测器进行复合：

其中，K(s)为H_∞控制器；F(s)为峰值滤波器；转矩系数的逆运算；为摩擦力矩d_f的估计值；s为传递函数复变量；u为复合控制器。