[发明专利]一种控制力矩陀螺框架伺服系统低转速高精度控制方法

权利要求书

1.一种控制力矩陀螺框架伺服系统低转速高精度控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，建立含有摩擦干扰以及转子不平衡振动干扰力矩的控制力矩陀螺框架伺服系统的动力学模型；

第二步，利用矢量控制与PI控制方法对控制力矩陀螺框架伺服系统电流环进行控制；

第三步，在控制力矩陀螺框架伺服系统的速度环设计干扰观测器对控制力矩陀螺框架伺服系统受到的摩擦力矩与转子不平衡振动引起的扰动力矩组成的等价干扰进行估计；

在控制力矩陀螺框架伺服系统的速度环设计干扰观测器对系统受到的摩擦力矩与转子不平衡振动引起的扰动力矩组成的等价干扰进行估计；

根据系统模型获得框架伺服系统动力学方程为：

其中，J为转子惯量与框架转动惯量之和；为电机转矩系数；为框架伺服系统转速对时间的一阶导数；i为框架伺服系统电流环输出电流；T_f为摩擦干扰力矩以及转子不平衡振动引起扰动力矩组成的总干扰力矩；

从而依据上述动力学方程设计干扰观测器，对总干扰力矩T_f进行估计：

其中，ω为框架伺服系统输出角速度；m为测量噪声；为控制力矩陀螺框架伺服系统速度环的开环传递函数；G_n(s)为框架伺服系统速度环的名义模型；为干扰观测器中的低通滤波器，0＜τ＜1为滤波器系数；为摩擦干扰力矩以及转子不平衡振动组成的总干扰力矩的估计值；

第四步，将第三步中观测到的等价干扰估计值通过前馈通道予以抵消，并与PI控制器进行复合，构造出一种控制力矩陀螺框架伺服系统低转速高精度控制方法。

2.根据权利要求1所述的一种控制力矩陀螺框架伺服系统低转速高精度控制方法，其特征在于：所述第一步建立含有摩擦干扰以及转子不平衡振动干扰力矩的控制力矩陀螺框架伺服系统的动力学模型：

其中，i_d,i_q分别为定子电流d,q轴分量；u_d,u_q分别为定子电压d,q轴分量；L_d,L_q分别为定子d,q轴电感；R_s为定子电阻；ω为框架角速度；n_p为磁极对数；ψ_f为转子磁链；B_v为粘滞摩擦系数；J为转子惯量与框架转动惯量之和；T_e为电磁转矩；为摩擦力矩干扰力矩；为转子不平衡振动产生的干扰力矩；分别为d轴电流分量、q轴电流分量、框架角速度对时间的一阶导数。

3.根据权利要求1所述的一种控制力矩陀螺框架伺服系统低转速高精度控制方法，其特征在于：首先利用PI控制结合矢量控制方法对控制力矩陀螺框架伺服系统电流环进行控制，通过调节PI参数获得电流环闭环传递函数为：

其中，T_PWM为电流环采样和控制滞后引起的延时；G_i(s)为电流环闭环传递函数；并将第三步获得等价干扰估计值通过前馈通道予以抵消，进而与PI控制器进行复合，构造出一种控制力矩陀螺框架伺服系统低转速高精度控制方法：

其中，u(s)为控制力矩陀螺框架伺服系统速度环的控制输入；G_VPI(s)为速度环PI控制器传递函数；为摩擦干扰以及转子不平衡振动产生总干扰力矩的估计值；为电机转矩系数；

最后获得系统输出角速度：

ω＝G_uy(s)u+G_dy(s)T_f

其中，