專利名稱：一種基于動量輪的轉(zhuǎn)動部件干擾補償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航天器姿態(tài)控制領(lǐng)域，涉及一種基于動量輪的轉(zhuǎn)動部件干擾補償方法。
背景技術(shù)：
隨著空間任務(wù)要求的不斷提高，航天器的結(jié)構(gòu)越來越復雜，而控制性能指標卻越來越高。這類航天器往往帶有轉(zhuǎn)動部件，如微波散射計、微波輻射計、掃描鏡等，部件的轉(zhuǎn)動或運動將引入干擾，如果干擾未經(jīng)補償直接作用于航天器平臺，將會降低姿態(tài)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定度和指向精度，甚至激發(fā)撓性附件(如太陽帆板)的振動，使航天器姿態(tài)出現(xiàn)震蕩，為此需采取措施補償轉(zhuǎn)動部件產(chǎn)生的干擾。轉(zhuǎn)動部件產(chǎn)生的干擾主要包含3類:1)部件運動設(shè)計的規(guī)律干擾，如勻速轉(zhuǎn)動、加減速運動等帶來的動量變化和干擾力矩；2)部件的靜不平衡干擾；3)部件的動不平衡干擾。補償?shù)谋匾灾饕袃牲c:一是部件運動造成干擾的頻率一般高于姿態(tài)控制系統(tǒng)帶寬、姿態(tài)控制系統(tǒng)無法自主抑制該干擾；二是采取補償可避免部件運動造成過大干擾進入姿態(tài)控制系統(tǒng)、簡化控制系統(tǒng)設(shè)計和分析。相關(guān)文獻有:I劉軍等，星上轉(zhuǎn)動部件對衛(wèi)星姿態(tài)的影響分析及補償控制，上海航天，2006年第6期:22 27。文中根據(jù)有效載荷的轉(zhuǎn)動運動規(guī)律，提出了一種通過設(shè)定角動量交換系統(tǒng)標稱值條件對衛(wèi)星進行控制、以及抑制變速轉(zhuǎn)動部件引起衛(wèi)星本體姿態(tài)擾動的前饋控制方案。該方案只是針對轉(zhuǎn)動部件已知的轉(zhuǎn)動運動規(guī)律進行干擾補償控制。2王佐偉等，基于干擾補償?shù)暮教炱髦苯幼赃m應(yīng)模糊控制，航天控制，25卷(4)，2007:21 25。針對帶有活動有效載荷的航天器，研究了一種基于直接型自適應(yīng)模糊邏輯和干擾補償?shù)目刂品椒ǎ瑢⒆赃m應(yīng)模糊系統(tǒng)直接用作系統(tǒng)的主控制律，利用擴張狀態(tài)觀測器對模糊系統(tǒng)的逼近誤差和內(nèi)外干擾力矩進行觀測并予以補償。3俞潔等，高精度遙感衛(wèi)星力矩補償技術(shù)，上海航天，2011年第I期:12 17。通過研究載荷運動部件的規(guī)律，提出了反饋控制+力矩補償?shù)姆椒ǎo出了力矩補償?shù)脑O(shè)計。上述方法存在如下不足:干擾補償技術(shù)是基于部件運動設(shè)計規(guī)律的補償，而對動不平衡和靜不平衡的干擾補償沒有涉及，而且僅是理論研究、沒有提及在軌工程實現(xiàn)方法，沒有考慮控制周期與補償周期不一致的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對航天器轉(zhuǎn)動部件干擾的問題，提供了一種基于動量輪的轉(zhuǎn)動部件干擾補償方法。本發(fā)明包括如下技術(shù)方案:一種基于動量輪的轉(zhuǎn)動部件干擾補償方法，包括以下步驟:(I)對所述轉(zhuǎn)動部件進行干擾分析；

(2)確定所述轉(zhuǎn)動部件的干擾補償函數(shù)；
(3)設(shè)計基于時間片中斷調(diào)用的干擾補償實現(xiàn)方法；(4)將補償力矩與姿控力矩進行融合；(5)確定將控制電壓輸出給動量輪I/O 口的方式，從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)動部件干擾補償。對所述轉(zhuǎn)動部件進行干擾分析通過如下方式進行:根據(jù)所述轉(zhuǎn)動部件的安裝位置、轉(zhuǎn)動方向、轉(zhuǎn)速大小和動/靜不平衡量對所述轉(zhuǎn)動部件進行動力學分析，從而得到該轉(zhuǎn)動部件的干擾表達式。對所述轉(zhuǎn)動部件進行干擾分析還可以通過如下方式進行:將轉(zhuǎn)動部件安裝在氣浮臺上，啟動轉(zhuǎn)動部件在標稱轉(zhuǎn)速下運行并進行氣浮臺物理仿真測試，利用陀螺測量氣浮臺的姿態(tài)角速度，將濾波后的姿態(tài)角速度進行正弦擬合，根據(jù)氣浮臺轉(zhuǎn)動慣量計算出該轉(zhuǎn)動部件的干擾表達式為
權(quán)利要求
1.一種基于動量輪的轉(zhuǎn)動部件干擾補償方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)對所述轉(zhuǎn)動部件進行干擾分析； (2)確定所述轉(zhuǎn)動部件的干擾補償函數(shù)； (3)設(shè)計基于時間片中斷調(diào)用的干擾補償實現(xiàn)方法； (4)將補償力矩與姿控力矩進行融合； (5)確定將控制電壓輸出給動量輪I/O口的方式，從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)動部件干擾補償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動量輪的轉(zhuǎn)動部件干擾補償方法，其特征在于:對所述轉(zhuǎn)動部件進行干擾分析通過如下方式進行:根據(jù)所述轉(zhuǎn)動部件的安裝位置、轉(zhuǎn)動方向、轉(zhuǎn)速大小和動/靜不平衡量對所述轉(zhuǎn)動部件進行動力學分析，從而得到該轉(zhuǎn)動部件的干擾表達式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動量輪的轉(zhuǎn)動部件干擾補償方法，其特征在于:對所述轉(zhuǎn)動部件進行干擾分析還可以通過如下方式進行:將轉(zhuǎn)動部件安裝在氣浮臺上，啟動轉(zhuǎn)動部件在標稱轉(zhuǎn)速下運行并進行氣浮臺物理仿真測試，利用陀螺測量氣浮臺的姿態(tài)角速度，將濾波后的姿態(tài)角速度進行正弦擬合， 根據(jù)氣浮臺轉(zhuǎn)動慣量計算出該轉(zhuǎn)動部件的干擾表達式為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動量輪的轉(zhuǎn)動部件干擾補償方法，其特征在于:所述轉(zhuǎn)動部件的干擾補償函數(shù)采用正余弦補償函數(shù)且該補償函數(shù)的相位為Θο+Δ 0，其中9 (I為不考慮時延時的相位，△ 0為執(zhí)行機構(gòu)動量輪的時延對應(yīng)的相位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動量輪的轉(zhuǎn)動部件干擾補償方法，其特征在于:所述設(shè)計基于時間片中斷調(diào)用的干擾補償實現(xiàn)方法具體為: 結(jié)合姿態(tài)控制周期、星載控制計算機時間片中斷周期、干擾周期，以星載控制計算機時間片中斷周期tm為補償周期，在每個控制周期tc 一次性計算至下個周期期間的η次不同補償力矩輪控電壓序列Vfax1、Vfay1、Vfazi (i=l,…，η),以供計算機中斷調(diào)用,其中Vfax1、Vfay1、Vfazi為根據(jù)干擾力矩補償函數(shù)計算的不同時間段三軸干擾力矩輪控補償電壓，n=tc/tm且n>=lo
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動量輪的轉(zhuǎn)動部件干擾補償方法，其特征在于:所述將補償力矩與姿控力矩進行融合具體為: 通過公式Vi=VZDwh.[Vfaxi, Vfayi, Vfazi]τ將補償力矩與姿控力矩進行融合，形成動量輪控制電壓序列，其中Vi (i=l,…，η)為第i次送給動量輪的控制電壓序列，Vd為當前控制周期分配給動量輪的姿控電壓，Dwh為動量輪電壓分配矩陣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動量輪的轉(zhuǎn)動部件干擾補償方法，其特征在于:所述確定將控制電壓輸出給動量輪I/o 口的方式具體為: 如果控制周期與補償周期一致，則n=l，在控制周期內(nèi)直接將動量輪控制電壓Vi轉(zhuǎn)換成二進制電壓碼值輸出給動量輪I/O 口；如果控制周期與補償周期不一致，則η>1，在控制周期內(nèi)不能直接往動量輪I/O 口寫控制電壓碼值，而是將Vi組合成Vu (η X m)并轉(zhuǎn)換成二進制電壓碼值Vwt (η X m)，其中Vwt的第零行存放Vu第n-1行換算出來的電壓碼值Jrat的第一行存放Vu第零行換算出來的電壓碼值，Vout的第二行存放Vij第一行換算出來的電壓碼值，依此類推，Vrat的第n-1行存放Vu第n-2行換算出來的 電壓碼值；在每個控制周期任務(wù)開始時刻將Vwt的值賦給變量MwSer，在時間片中斷調(diào)用輪詢函數(shù)，輪詢函數(shù)負責給動量輪I/O 口寫控制電壓碼值:輪詢函數(shù)根據(jù)時間片的序號選擇MwSer對應(yīng)行的數(shù)據(jù)依次寫到動量輪的I/O操作口，時間片的序號為·O，I,…，n-1，對應(yīng)MwSer行也是O，I,…，n_l，時間片的序號在O到n_l之間按序依次循環(huán)，艮P O，…，n_l，O，…，n_l，O，…，n_l，…
全文摘要
一種基于動量輪的轉(zhuǎn)動部件干擾補償方法，包括以下步驟(1)對所述轉(zhuǎn)動部件進行干擾分析；(2)確定所述轉(zhuǎn)動部件的干擾補償函數(shù)；(3)設(shè)計基于時間片中斷調(diào)用的干擾補償實現(xiàn)方法；(4)將補償力矩與姿控力矩進行融合；(5)確定將控制電壓輸出給動量輪I/O口的方式，從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)動部件干擾補償。本發(fā)明在提高姿態(tài)控制精度的同時可以減少噴氣推進系統(tǒng)補償?shù)娜剂舷?，同時，本發(fā)明補償方法為結(jié)合姿態(tài)控制周期和控制計算機時間片中斷規(guī)律的補償方法，充分利用了硬件資源，硬件和軟件相結(jié)合的方式解決了控制周期與補償周期不一致的問題，實現(xiàn)了在軌實時補償控制。
文檔編號G05B13/04GK103235509SQ20131010876
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者王新民, 袁軍, 張俊玲, 王勝剛, 綦艷霞, 姚寧, 程莉, 趙性頌, 周劍敏, 張輝 申請人:北京控制工程研究所