[发明专利]一种基于磁悬浮惯性执行机构的姿态角速度测量方法

摘要

一种基于磁悬浮惯性执行机构的姿态角速度测量方法，在基于主动磁轴承的姿态测量系统建模的基础上，考虑了轴承力中位移刚度项对角速度姿态测量的影响，针对测量所得的两轴航天器姿态角速度之间的动态耦合和静态误差，提出了一种两轴姿态角速度动态解耦、静态补偿网络设计方法。本发明简单实用，基于主动磁轴承的姿态测量系统对航天器姿态角速度具有较好的跟踪能力，实时得到高精度的航天器姿态角速度，为实现磁悬浮惯性执行机构的姿态测量与姿态控制一体化奠定了基础。

主权项

1.一种基于磁悬浮惯性执行机构的姿态角速度测量方法，其特征在于通过如下步骤实现：（1）计算径向磁轴承各控制通道对应的磁轴承力：其中，f_ax、f_bx、f_ay、f_by分别为径向磁轴承控制通道ax、bx、ay、by对应的磁轴承力，i_ax、i_bx、i_ay、i_by分别是径向磁轴承控制通道ax、bx、ay、by对应的控制电流，q_ax、q_bx、q_ay、q_by分别是径向磁轴承控制通道ax、bx、ay、by对应的相对气隙中心的位移偏差，k_hax、k_hbx、k_hay、k_hby分别是径向磁轴承控制通道ax、bx、ay、by对应的位移—力标度因子，k_iax、k_ibx、k_iay、k_iby分别是径向磁轴承控制通道ax、bx、ay、by对应的电流—力标度因子，是径向磁轴承控制通道ax、bx、ay、by由于电磁中心不对称导致的静态磁偏心力；（2）计算航天器姿态变化时径向磁轴承的进动力矩：其中，M_cx、M_cy为转子分别沿x轴和y轴的进动力矩，其中l_m为径向磁轴承中心到坐标原点的距离；（3）根据航天器姿态角速度的粗估计方程，获得姿态角速度粗估计值：其中，为沿转子x轴和y轴的航天器姿态角速度的粗估计值，H为转子角动量；（4）计算姿态测量系统闭环系统传递函数G(s)：其中，K_h＝diag(k_hax k_hbx k_hay k_hby)，K_i＝diag(k_iax k_ibx k_iay k_iby)，C_m、为坐标转换矩阵，分别表示为为C_m的逆矩阵，为C_m取逆后的转置矩阵，为的转置矩阵，G_c为PID控制器的传递函数，G_w为功放模块的传递函数，G_g为转子动力学模块的传递函数，K_s为位移传感器模块的传递函数，将得到的G(s)写成如下形式：其中，G_xx(s)为x轴姿态测量传递函数，G_xy(s)为x轴对y轴的交叉轴姿态测量传递函数，G_yy(s)为y轴姿态测量传递函数，G_yx(s)为y轴对x轴的交叉轴姿态测量传递函数；s为拉普拉斯变换算子；（5）根据G(s)，计算传递函数解耦矩阵D_d(s)和补偿矩阵D_c：D_c＝(G(s)D_d(s)|_s＝0)^-1（6）获得解耦补偿后的航天器姿态角速度的精估计值为： 其中分别为沿转子x轴和y轴的航天器姿态角速度的精估计值。