[发明专利]动量轮摩擦力矩在轨实时估计方法

说明书

本发明提供了一种动量轮摩擦力矩在轨实时估计方法，其包括以下步骤：步骤一，动量轮参数采集与转换；步骤二，积分时间参数选取；步骤三，积分求和；步骤四，摩擦力矩解算。本发明利用动量轮在轨实时转速、动量轮驱动控制电压力矩实时测量数据，可以快速地估计出动量轮转动过程中的摩擦力矩，进而实现动量轮输出力矩的精确控制和轴承摩擦力矩在轨健康状态监控。

技术领域

本发明涉及一种估计方法，具体地，涉及一种动量轮摩擦力矩在轨实时估计方法。

背景技术

动量轮作为一种动量交换和动量存储装置，通过改变自身角动量实现对航天器姿态的保持与控制，是航天器姿态控制系统中广泛使用的执行机构。

动量轮转动过程摩擦力矩的存在，使动量轮力矩输出并不是理论指令力矩，使飞轮力矩输出产生误差，给卫星姿态控制系统带来干扰。尤其是动量轮正交安装时，动量轮一般工作在较低转速下，并且会频繁穿越零转速在正负转速件变化。此工作区域动量轮轴承的摩擦力矩非线性特性较强，摩擦力矩存在跃变情况，一方面影响卫星姿态控制精度，另一方面低速时不利于动量轮轴承滚珠的油膜形成，润滑作用受到影响，长时间工作会使摩擦力矩变大，甚至出现轴承摩擦力矩增大而卡死问题。

目前，工程实际中一些姿态控制系统中动量轮工作在力矩模式下，这就需要对动量轮摩擦力矩进行精准估计，才能通过前馈控制方式在动量轮控制指令中进行补偿以克服摩擦力矩对卫星姿态的影响。但动量轮摩擦力矩的精确测量是非常困难的，而且摩擦力矩是时变的。有些动量轮工作在速率模式下，通过速率闭环反馈以抑制动量轮在低速或过零情况下转速测量不准的问题，对摩擦力矩不进行估计和监视，只用动量轮马达电流遥测反应动量轮在轨轴承摩擦力矩，但是当卫星姿态机动或动量轮转速变化较快时，马达电流遥测并不能完全真实反应动量轮摩擦力矩大小。鉴于以上两方面因素，估计动量轮在轨摩擦力矩有重要意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种动量轮摩擦力矩在轨实时估计方法，其能够利用动量轮实时转速和驱动控制力矩电压测量数据，基于转矩平衡原理，实时计算动量轮转动过程中的摩擦力矩。

根据本发明的一个方面，提供一种动量轮摩擦力矩在轨实时估计方法，其特征在于，所述动量轮摩擦力矩在轨实时估计方法包括以下步骤：

步骤一，动量轮参数采集与转换；

步骤二，积分时间参数选取；

步骤三，积分求和；

步骤四，摩擦力矩解算。

优选地，所述所述步骤一包括以下步骤：

步骤十，动量轮参数采集；

步骤十一，参数转换。

优选地，所述动量轮参数采集包括动量轮的转速与动量轮的控制电压。

优选地，所述步骤三包括以下步骤：

步骤三十，求取角动量微分项；

步骤三十一，求取驱动控制力矩积分

步骤三十二，求取摩擦力矩积分。

优选地，所述步骤四对动量轮转动力矩平衡方程等式两边各项分别积，利用步骤三中求得的各项积分结果，反解得到动量轮转动过程摩擦力矩。

优选地，所述动量轮摩擦力矩在轨实时估计方法基于刚体转动动力学原理，利用动量轮转速测量数据和驱动控制电压测量数据估计摩擦力矩，转速数据和控制电压数据更新快慢不同，并根据数据更新频率确定迭代步长以及积分时长。