采用自适应PI控制的单框架控制力矩陀螺角动量飞轮系统的设计

设计了单框架控制力矩陀螺中的角动量飞轮分系统以提高卫星姿态控制精度。首先,从理论上分析了角动量飞轮的角速度波动对单框架控制力矩陀螺输出力矩的影响,得到当期望转速为5 000r/min且力矩波动<0.002Nm时,角速度波动应小于5r/min的结论。然后,采用无刷直流电机驱动角动量飞轮,利用FPGA实现控制驱动电路,并设计自适应PI控制律以跟踪期望角速度。实验结果显示:从静止状态跟踪5 000r/min期望转速,达到稳定状态耗时25s,超调量<15r/min,稳态精度为2r/min。通过对上位机实时采集转速数据进行分析,验证了动量飞轮分系统设计的合理性,表明其能够满足单框架控制力矩陀螺对角动量飞轮分系统的设计要求,降低了角速度波动对输出力矩的影响,进而能够提高卫星对地观测时的平台控制精度。

一种基于飞轮角动量正反馈的外干扰力矩补偿技术研究

在有较复杂外干扰力矩条件下,对一种基于飞轮角动量正反馈的外干扰力矩补偿技术进行了研究。建立了零动量卫星的三轴姿态动力学模型,分析了环境外干扰力矩对滚动-俯仰-偏航姿态的影响,设计了补偿方案:用低通滤波器的角动量正反馈对外力矩进行补偿,导出了控制器补偿项的数学表达式;引入磁卸载+磁前馈分别消除飞轮饱和及削弱磁力矩干扰的影响,给出了滚动-偏航、俯仰通道的控制模型和数学表达式。仿真结果表明:采用该方法三轴姿态角控制精度高,飞轮转速被限制在一定范围内,有效削弱外干扰力矩对星体姿态控制的影响,提高了卫星的姿态控制精度。