一類控制力矩陀螺框架系統(tǒng)的控制方法及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、控制力矩陀螺具有輸出力矩大、響應(yīng)速度快、功耗較低等顯著特點(diǎn)，因此在航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)中有著越來越廣泛的應(yīng)用。目前，對一類多變量、非線性、強(qiáng)耦合的控制力矩陀螺框架系統(tǒng)的控制依然是一個(gè)難題。本文結(jié)合ECPModel750控制力矩陀螺實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對一類具有多自由度、非線性、強(qiáng)耦合的控制力矩陀螺，在多種控制模式下的控制方法及物理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。對于在控制實(shí)際系統(tǒng)時(shí)遇到的不確定因素、耦合、摩擦等問題，進(jìn)行了分析并給出相應(yīng)的解決辦法。主要內(nèi)容有:<

2、br>　　1、根據(jù)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)原理，對ECPModel750控制力矩陀螺實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建立了全階非線性模型。在此基礎(chǔ)上，在工作點(diǎn)處對模型近似線性化，得到了系統(tǒng)分別在反作用力矩、陀螺力矩以及這兩者共同作用3種不同配置和控制方式下的線性化模型。
　　2、基于工作點(diǎn)近似線性化系統(tǒng)模型，針對反作用力矩控制方式，設(shè)計(jì)了PD控制器;針對陀螺力矩控制方式，分別設(shè)計(jì)了極點(diǎn)配置控制器和具有極點(diǎn)約束的魯棒H∞狀態(tài)反饋控制器，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了魯棒H∞狀態(tài)

3、反饋控制器具有更好的外界擾動(dòng)抑制能力和系統(tǒng)不確定參數(shù)攝動(dòng)下的魯棒性能;針對反作用力矩和陀螺力矩共同作用的雙軸控制方式，發(fā)現(xiàn)按照兩個(gè)單變量系統(tǒng)同時(shí)控制的方法存在耦合問題，設(shè)計(jì)了基于MIMO全狀態(tài)反饋?zhàn)顑?yōu)控制器，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制器降低了系統(tǒng)的耦合特性，并具有更好的動(dòng)態(tài)性能和跟蹤能力，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)控制方法的有效性。
　　3、基于非線性模型，首先設(shè)計(jì)了基于輸入輸出解耦的模糊自適應(yīng)PID控制器，針對實(shí)際系統(tǒng)框架軸間的摩擦問題，基于