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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
控制力矩陀螺（CMG）是空间机动飞行器、敏捷机动卫星、空间站等大型航天器实现姿态控制的关键执行机构。双框架磁悬浮CMG的高速转子采用磁轴承支承方式，具有无摩擦、无需润滑、可进行主动振动抑制等特点，同时提供两个自由度的输出力矩，可有效降低姿控系统的体积、重量和功耗，提高系统的冗余度，因而，双框架磁悬浮CMG是控制力矩陀螺发展的一个重要方向。磁轴承控制系统的稳定性及高精度控制均是双框架磁悬浮CMG的关键技术。本文以提高磁悬浮高速转子的稳定性和悬浮精度为目标，针对双框架磁悬浮CMG研究中影响磁轴承系统稳定性和精度的主要题目进行研究，完成了以下创新性研究工作。针对双框架磁悬浮CMG高速转子和内、外框架伺服系统之间存在复杂的强耦合力矩，采用欧拉动力学方程建立各个刚体部件的动力学模型，并对其耦合特性进行了分析；同时，针对磁轴承控制系统存在的参数摄动和未建模动态，研究了一种基于简谐运动的轴承力参数确定方法，以及基于频率特性测试的磁轴承系统非参数辨识方法，建立一套面向工程的磁轴承控制系统数学模型，为本文的后续研究奠定了动力学模型和控制系统模型基础。针对框架结构本体模态对磁悬浮高速转子稳定性的影响，提出了一种双框架磁悬浮CMG结构模态振动鲁棒控制方法。在对框架谐振模态、功放增益参数摄动等复合摄动进行实验辨识的基础上，对不确定性磁轴承控制系统进行分析综合，应用结构奇异值理论，设计鲁棒控制器对框架结构模态振动进行抑制。实验结果表明，在整机输出额定力矩条件下，框架结构模态得到有效抑制，证明了这种方法的有效性，解决了磁悬浮高速转子系统框架结构模态振动抑制题目。针对内、外框架伺服系统进行高动态响应时对磁悬浮高速转子精度的影响，提出了一种提高双框架磁悬浮CMG动态响应的磁轴承补偿控制方法。在分析了内、外框架非线性耦合特性的基础上，建立了内、外框架轴转动时的高速转子动力学模型，给出了陀螺力矩和惯性力矩补偿控制策略。实验结果表明，采用力矩补偿控制后，内、外框架轴转动输出力矩时的磁悬浮转子跳动量得到有效抑制，减至补偿前的30%以内，提高了内、外框架快速运动时磁悬浮高速转子的悬浮精度。提出了一种基于五自由度主动磁轴承的双框架磁悬浮CMG两轴姿态角速度测量方法，在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，并对这种方法的稳定性进行了分析。实验结果表明，基于主动磁轴承的姿态测量系统对姿态角速度具有较好的跟踪能力，为实现双框架磁悬浮CMG姿态测量与姿态控制一体化奠定了基础。最后，为验证双框架磁悬浮CMG整机性能，给出了样机集成试验测试方案，并在单轴气浮转台上对整机系统进行振动特性、输出力矩精度、姿态测量精度等指标进行测试，测试结果表明整机性能达到技术指标要求。本文所取得的研究成果已成功应用于多台双框架磁悬浮CMG的研制，为双框架磁悬浮CMG系统实现工程化奠定了必要的理论和技术基础。 |
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发表于 2022-8-27 12:15:25
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