[发明专利]一种控制力矩陀螺框架扰动力矩抑制方法

摘要

本发明公开了一种控制力矩陀螺框架扰动力矩抑制方法。扰动力矩是影响控制力矩陀螺框架系统控制精度的一个主要因素，现有技术对大幅的低频扰动力矩抑制能力不足，对高频扰动抑制能力明显不足，成为了制约框架控制精度继续提升的一个关键问题。本发明采用鲁棒控制、角加速度干扰观测和重复控制实现对陀螺力矩等因素引入的非线性低频干扰力矩的有效抑制，尤其是对转子不平衡振动引入的高频扰动力矩均具有很强的抑制能力，该方法相比现有技术可以进一步提高控制力矩陀螺框架控制性能。

主权项

一种控制力矩陀螺框架扰动力矩抑制方法，其特征在于包括鲁棒控制步骤、角加速度干扰观测步骤和重复控制步骤；所述鲁棒控制步骤如下：（1）位置控制器根据设定转速计算出力矩陀螺框架的位置信息，并将计算出的位置信息与角位置传感器测量得到的力矩陀螺框架实际位置信息进行差分，从而根据差分得到的位置偏差计算出终端滑模转速控制器的转速设定信号；（2）终端滑模转速控制器根据位置控制器输出的转速设定信号、角加速度干扰观测步骤输出的转速信号、扰动力矩和驱动电机反馈的电流计算出电压信号，电压信号的计算方法为：（a）首先计算出变量x1、x2， x 1 = ω set - ω x 2 = x · 1 = - ω · = - k e · i + T f J （b）根据变量x1、x2计算出终端滑模转速控制器的切换平面s， s = x 1 + cx 2 p q （c）利用变量x1、x2和终端滑模转速控制器的切换平面s计算出电压信号u； u = - k v x 1 - Jr k e x 2 + Jr k e · q cp x 2 2 - p q + k v ω set + r k e · T f + ks + δsign ( s ) 其中，ωset为转速设定信号，ω为角加速度干扰观测步骤输出的转速信号，J为电机转动惯量，Tf为角加速度干扰观测步骤输出的扰动力矩，ke为电机力矩系数，kv为电机反电势系数，i为驱动电机反馈的电流，r为电机两相电阻，c为切换平面s的调节系数，p、q(p0，δ>0，sign(s)为s的符号函数；角加速度干扰观测步骤：卡尔曼滤波器对角位置传感器输出的力矩陀螺框架实际位置信息进行滤波处理得到力矩陀螺框架的转速信号，转速信号经过非线性微分器处理后得到力矩陀螺框架的角加速度，扰动观测器根据力矩陀螺框架的角加速度和驱动电机反馈的电流计算出力矩陀螺框架的扰动力矩，计算公式为：Tf=ke·i‑J·α，其中，α为角加速度，ke为电机力矩系数，i为驱动电机反馈的电流，J为电机转动惯量；重复控制步骤为：（1）高通滤波器对角位置传感器测量得到的力矩陀螺框架实际位置信息进行高通滤波滤除低频信号；（2）高通滤波后的力矩陀螺框架实际位置信息经过由延时环节和低通滤波环节组成的正反馈重复运算器进行正反馈重复运算后送入前置调节器进行调节；（3）调节结果与鲁棒控制步骤输出的电压信号进行差分得到驱动电路的控制电压，驱动电路在控制电压的控制下驱动力矩陀螺框架运行。