检索结果-内蒙古大学图书馆

基于简化FXLMS算法的磁悬浮控制力矩陀螺动框架效应精确补偿方法实验研究

宇航学报 2010年第3期31卷 786-792页

作者：霍甲魏彤房建成 "新型惯性仪表与导航系统技术"国防重点学科实验室北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191

磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)是一种用于航天器姿态控制的高精度长寿命惯性执行机构,动框架效应补偿是MSCMG实现高精度性能的关键技术之一。然而现有的FXLMS补偿算法由于模型复杂、计算量大而难以实际应用。通过分析MSCMG磁轴承对象特性,... 详细信息

磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)是一种用于航天器姿态控制的高精度长寿命惯性执行机构,动框架效应补偿是MSCMG实现高精度性能的关键技术之一。然而现有的FXLMS补偿算法由于模型复杂、计算量大而难以实际应用。通过分析MSCMG磁轴承对象特性,提出一种简化FXLMS算法,将对象滤波器简化为常数对角阵,大幅度减少了算法计算量。对简化算法进行了仿真,并在MSCMG样机上面进行了动框架效应补偿实验。实验结果表明:简化后的自适应控制系统,收敛性好,跟踪速度快,具有理想的精度和较强的鲁棒性。

关键词：磁轴承控制力矩陀螺动框架效应 FXLMS 收敛性

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磁悬浮控制力矩陀螺动框架效应的FXLMS自适应精确补偿控制方法仿真研究

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宇航学报 2006年第6期27卷 1205-1210页

作者：魏彤房建成北京航空航天大学第五研究室北京100083

在磁悬浮控制力矩陀螺(CMG)中,框架运动对磁悬浮转子支承系统的扰动可以采用角速率前馈加以补偿,但前馈系数固定时的补偿精度受磁轴承系统模型误差影响而显著下降。为了提高补偿精度,本文针对MIMO磁悬浮转子系统,提出一种基于FXLMS(filt... 详细信息

在磁悬浮控制力矩陀螺(CMG)中,框架运动对磁悬浮转子支承系统的扰动可以采用角速率前馈加以补偿,但前馈系数固定时的补偿精度受磁轴承系统模型误差影响而显著下降。为了提高补偿精度,本文针对MIMO磁悬浮转子系统,提出一种基于FXLMS(filtered-X least mean square)算法的自适应前馈方法,采用梯度估计和最速下降策略推导前馈权值更新算法,并根据算法收敛性和收敛速度设计收敛因子和权初值。仿真结果表明,该方法收敛速度快,抗噪声能力强,相同模型误差情况下使转子的动框架位移降低到固定特性前馈时的20%,大幅度提高了动框架前馈补偿精度,有利于进一步提高磁悬浮CMG的力矩输出精度。

关键词：控制力矩陀螺磁轴承动框架效应自适应前馈 FXLMS

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双框架磁悬浮控制力矩陀螺动框架效应补偿方法

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机械工程学报 2010年第2期46卷 159-165页

作者：魏彤房建成刘珠荣北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科试验室北京100191

双框架磁悬浮控制力矩陀螺(Double gimbal magnetically suspended control moment gyroscope,DGMSCMG)是由磁悬浮高速转子系统与内框架、外框架速率伺服系统构成的航天器新型姿控执行机构。由于非线性及三个子系统间的强耦合,框架转动... 详细信息

双框架磁悬浮控制力矩陀螺(Double gimbal magnetically suspended control moment gyroscope,DGMSCMG)是由磁悬浮高速转子系统与内框架、外框架速率伺服系统构成的航天器新型姿控执行机构。由于非线性及三个子系统间的强耦合,框架转动时磁悬浮转子位移急剧增大影响稳定性,同时框架系统的响应速度显著下降,称之为动框架效应。该效应严重影响了DGMSCMG的功能,必须加以抑制。建立DGMSCMG的动力学模型,分析三个子系统间的动力学耦合机理,提出一种基于复合控制的补偿方法,引入针对陀螺项的反馈和针对框架角速率给定的前馈消除磁悬浮转子附加位移,提高框架系统响应速度,并对补偿后系统做全局稳定性分析。仿真和试验结果表明,该方法能在保证系统稳定性的前提下有效抑制动框架效应,满足DGMSCMG的功能要求。

关键词：双框架控制力矩陀螺磁轴承陀螺效应动力学耦合动框架效应复合控制线性化

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基于复合控制的磁悬浮CMG动框架效应抑制

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北京航空航天大学学报 2020年第12期46卷 2339-2347页

作者：王舒郑世强北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100083

针对磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)动框架效应导致转子悬浮精度和稳定性降低的问题,提出一种角加速率自适应前馈控制与自抗扰控制(ADRC)相结合的复合控制方法。建立了MSCMG转子动力学模型,分析了框架转动情况下的磁轴承扰动力矩,设计了角... 详细信息

针对磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)动框架效应导致转子悬浮精度和稳定性降低的问题,提出一种角加速率自适应前馈控制与自抗扰控制(ADRC)相结合的复合控制方法。建立了MSCMG转子动力学模型,分析了框架转动情况下的磁轴承扰动力矩,设计了角加速率自适应算法和线性扩张状态观测器,并结合状态反馈控制设计了复合控制器,同时对磁轴承控制系统进行了稳定性分析,仿真结果验证了所提复合控制方法的有效性。利用研制的样机搭建实验平台进行验证,结果表明:所提方法与传统PID控制方法相比,磁悬浮转子收敛后的位移峰峰值降低了39.6%,提高了磁悬浮系统的抗干扰能力。

关键词：磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG) 自适应前馈自抗扰(ADRC) 磁轴承动框架效应

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小型磁悬浮CMG高速转子动框架效应前馈补偿与实验

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飞控与探测 2019年第1期2卷 49-55页

作者：吕奇超吕东元李延宝刘平凡上海航天控制技术研究所上海201109 上海市空间智能控制技术重点实验室上海201109 清华大学北京100084

磁悬浮控制力矩陀螺是航天器快速姿态控制与快速机动的新型空间执行机构。由于动框架效应,框架转动输出力矩反作用于飞轮转子,会导致磁轴承的径向载荷和控制电流发生改变。为抑制动框架效应对磁浮转子的影响,在分析力矩输出时高速磁浮... 详细信息

磁悬浮控制力矩陀螺是航天器快速姿态控制与快速机动的新型空间执行机构。由于动框架效应,框架转动输出力矩反作用于飞轮转子,会导致磁轴承的径向载荷和控制电流发生改变。为抑制动框架效应对磁浮转子的影响,在分析力矩输出时高速磁浮转子受力特性的基础上,采用角速率前馈控制策略实现对动框架效应引发的力矩扰动的有效抑制,并在所研制的75Nms立式小型磁悬浮控制力矩陀螺上进行了整机输出特性测试。试验结果表明:该方法能在保证磁浮转子高速稳定的前提下有效抑制动框架效应,满足整机力矩输出的要求。

关键词：磁悬浮控制力矩陀螺磁轴承动框架效应前馈补偿

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磁悬浮控制力矩陀螺动框架效应抑制与实验研究

磁悬浮控制力矩陀螺动框架效应抑制与实验研究

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第七届中国磁悬浮轴承学术会议

作者：吕奇超李结冻刘平凡上海航天控制技术研究所上海 201109 上海市空间智能控制技术重点实验室上海 201109 清华大学北京100084

单框架磁悬浮控制力矩陀螺由磁悬浮高速飞轮转子、支撑内转子的框架和框架伺服系统等组成,是航天器快速姿态控制与机动的新型空间执行机构.由于动框架效应,飞轮转子与定子会产生附加的相对运动,导致转子位移的跳动量显著增大;框架转动... 详细信息

单框架磁悬浮控制力矩陀螺由磁悬浮高速飞轮转子、支撑内转子的框架和框架伺服系统等组成,是航天器快速姿态控制与机动的新型空间执行机构.由于动框架效应,飞轮转子与定子会产生附加的相对运动,导致转子位移的跳动量显著增大;框架转动输出陀螺力矩反作用于飞轮转子会导致磁轴承径向载荷和控制电流发生改变.为抑制动框架效应对磁浮转子的影响,在分析力矩输出时高速磁浮转子受力特性的基础上,采用角速率前馈控制策略实现对动框架效应引发的力矩扰动的有效抑制,并在自研的75Nms立式小型磁悬浮控制力矩陀螺上进行了整机输出特性测试.试验结果表明:该方法能在保证磁浮转子高速稳定性的情况下有效抑制动框架效应,满足整机力矩输出的要求.

关键词：磁悬浮控制力矩陀螺动框架效应力矩扰动角速率前馈控制

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基于反馈线性化的MSCMG转子稳定控制

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北京航空航天大学学报 2020年第6期46卷 1063-1072页

作者：汤继强隗同坤宁梦月崔旭北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100083

磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)转子的稳定悬浮是实现陀螺高精度大力矩输出的关键。针对影响转子稳定悬浮的转子径向偏转耦合、非线性参数摄动、动框架效应问题,建立转子的动力学模型,提出了一种基于反馈线性化的增强型内模控制方法。利用... 详细信息

磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)转子的稳定悬浮是实现陀螺高精度大力矩输出的关键。针对影响转子稳定悬浮的转子径向偏转耦合、非线性参数摄动、动框架效应问题,建立转子的动力学模型,提出了一种基于反馈线性化的增强型内模控制方法。利用反馈线性化方法实现径向偏转运动解耦以及转子动力学模型的线性化,设计增强型内模控制对转子系统的非线性参数摄动进行补偿并有效抑制动框架效应,提升了转子系统的稳定性。MATLAB仿真结果表明:所提出的控制方法实现了转子偏转的完全解耦,与PID控制相比,所提方法可以有效抑制参数摄动对转子径向平动的影响。对于转子径向偏转,与PID交叉控制相比,所提方法可以有效抑制框架扰动,提高系统控制精度。

关键词：磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG) 反馈线性化增强型内模控制动框架效应非线性参数摄动

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磁悬浮控制力矩陀螺磁轴承的变工作点线性化自适应控制方法

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机械工程学报 2007年第6期43卷 110-115页

作者：魏彤房建成北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100083

为提高磁悬浮控制力矩陀螺框架高速时的磁悬浮转子系统稳定性,研究磁轴承的电磁力—线圈电流/转子位移非线性的线性化及其控制方法。分析框架转动时的磁轴承工作点变化规律,提出磁轴承力—电流/位移特性基于框架转速的变工作点大范围线... 详细信息

为提高磁悬浮控制力矩陀螺框架高速时的磁悬浮转子系统稳定性,研究磁轴承的电磁力—线圈电流/转子位移非线性的线性化及其控制方法。分析框架转动时的磁轴承工作点变化规律,提出磁轴承力—电流/位移特性基于框架转速的变工作点大范围线性化方法,根据线性化得到的线性变参数模型设计增益调节与前馈控制相结合的控制律,按照框架转速的大小对磁轴承位移刚度的变化进行自适应补偿,在磁悬浮转子稳定前提下使框架转速由6.25(°)/s提高到9.5(°)/s。该方法能有效补偿框架运动时的磁轴承力非线性,大幅提高框架转速较高时的磁悬浮转子系统稳定性。

关键词：控制力矩陀螺磁轴承动框架效应非线性线性化增益调节

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磁悬浮控制力矩陀螺结构设计与动力学分析

磁悬浮控制力矩陀螺结构设计与动力学分析

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作者：侯二永国防科学技术大学

学位级别：博士

控制力矩陀螺(Control Moment Gyroscope,CMG)是大型航天器及快速机动卫星姿态控制系统的主要执行机构。本文围绕一种空间站用大型磁悬浮单框架控制力矩陀螺(Single Gimbal CMG,SGCMG),从系统关键组件结构优化设计、磁轴承支承特性、系... 详细信息

控制力矩陀螺(Control Moment Gyroscope,CMG)是大型航天器及快速机动卫星姿态控制系统的主要执行机构。本文围绕一种空间站用大型磁悬浮单框架控制力矩陀螺(Single Gimbal CMG,SGCMG),从系统关键组件结构优化设计、磁轴承支承特性、系统动力学特性和转子不平衡振动及其抑制等方面,进行了较为系统和全面地研究,主要完成了如下工作:1、概述了CMG基本理论,总结了空间用磁悬浮飞轮常用构型,并对比分析了各种构型的优缺点。选择四轴主动型结构作为本文SGCMG磁悬浮飞轮构型,确定了SGCMG系统总体结构形式。2、对磁悬浮SGCMG关键组件进行了结构优化设计和力学校核。采用序列二次规划法对飞轮转子组件进行了结构优化设计;考虑高速离心载荷作用,设计了多层嵌套转子组件各配合面的过盈量,计算了转子组件在额定转速下的应力和位移分布情况;计算了不同转速下转子组件的模态振型及固有频率。采用解析方法对飞轮定子组件进行了结构优化设计,对优化设计的定子组件利用有限元法进行了刚度校核。对SGCMG陀螺房进行了动力学、静力学和稳定性分析。3、采用等效磁路法和有限元法研究了SGCMG飞轮用径向混合磁轴承(Radial Hybrid Magnetic Bearing,RHMB)支承特性。介绍了RHMB基本结构和工作原理,基于等效磁路采用迭代法分别设计了RHMB永磁磁路和电磁磁路结构参数。基于建立的RHMB永磁和电磁等效磁路,分别采用积分法和传统线性近似法计算了RHMB气隙磁阻、磁通密度分布和转子受力。采用有限元法计算了RHMB磁场分布及径向磁力,分析了通道间磁通和磁力耦合情况。分析了RHMB轴向和倾斜被动稳定机理,分别采用等效磁路法和有限元法计算了RHMB轴向被动回复力和倾斜被动回复力矩及轴向和倾斜被动回复刚度,研究了结构参数对轴向和倾斜被动稳定特性的影响。4、研究了磁悬浮SGCMG动力学特性。采用拉格朗日方法推导了磁悬浮SGCMG框架-飞轮系统运动微分方程。研究了飞轮转子进动的基本振型,分别计算了框架固定和自由时飞轮转子进动频率随转速变化情况,分析了框架对转子进动频率和临界转速的影响。研究了磁悬浮SGCMG动框架效应,提出了基于框架角速率前馈补偿的动框架效应抑制方法并进行了仿真验证,研究了模型参数准确性和框架速率信号滞后对前馈校正效果的影响。5、研究了磁悬浮SGCMG飞轮转子不平衡响应及抑制方法。分析了刚性转子不平衡状态,建立了SGCMG磁悬浮飞轮不平衡强迫振动微分方程。研究了磁悬浮飞轮径向平动和转动不平衡响应,分析了不平衡振动对陀螺力矩的影响。介绍了不平衡振动主动控制的基本原理,提出了“广义凹陷滤波”+“位移刚度力补偿”的不平衡振动主动抑制方法并进行了仿真验证。研究了模型参数误差对不平衡振动抑制效果的影响。

关键词：磁悬浮控制力矩陀螺结构设计动框架效应不平衡响应频率特性

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