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雙框架磁懸浮控制力矩陀螺框架系統的擾動抑制

Disturbance rejection for the DGMSCMGs gimbal system

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摘要

內外框架之間的耦合力矩和諧波減速器的非線性傳輸力矩是影響雙框架磁懸浮控制力矩陀螺(DGMSCMG)框架系統精確角速度控制的主要因素, 為了解決以上干擾問題, 實現框架系統高精度角速率伺服控制提出了一種基于擾動觀測器和自適應反步的框架系統復合解耦控制方法。通過擾動觀測器來估計框架系統中的擾動, 并結合自適應反步法獲得控制律, 其間將擾動估計誤差當作未知參數設計了其自適應律, 對擾動的兩次處理使得框架系統干擾估計更加精確, 同時可以保證估計參數的收斂性和整個框架系統的穩定性。仿真和實驗結果表明, 采用此復合控制方法, DGMSCMG框架系統擾動估計誤差不超過框架系統實際擾動的3%, 實際框架角速率跟蹤參考指令角速率的精度達到99.2%。此復合解耦控制方法可以滿足DGMSCMG框架系統抗干擾能力強、高精度角速率伺服控制的要求。

Abstract

Coupling moments and nonlinear transmission torques are the main factors that influence the precise angular speed control for a gimbal system of double-gimbal magnetically suspended control moment gyro with harmonic drives. Therefore, a composite decoupling control method based on a disturbance observer and adaptive backstepping control was presented to address this problem and to achieve high precision angular speed servo control of the gimbal system. Disturbances were estimated by the designed disturbance observer, and the control law was derived from the adaptive backstepping method. In addition, adaptive laws of disturbance estimation errors, which were regarded as uncertain parameters, were designed using the adaptive backstepping method to make the disturbance estimation more precise. In addition, the convergence of the estimated parameters and the stability of the overall system could be guaranteed. Both simulation and experimental results indicate that the proposed control method generated a disturbances estimation error of less than 3%, where the angular speed tracking precision of the gimbal system achieved 99.2%. The proposed method can satisfy the system requirements of good disturbance attenuation performance and high-precision angular speed control performance.

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補充資料

中圖分類號:TP394.1;TH691.9

DOI:10.3788/ope.20192704.0868

所屬欄目:微納技術與精密機械

基金項目:國家自然科學基金資助項目(No.61773038); 國家重點研發計劃資助項目(No.2018YFB0905503)

收稿日期:2018-09-03

修改稿日期:2018-11-15

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李海濤:北京航空航天大學 儀器科學與光電工程學院, 北京 100191北京航空航天大學 新型慣性儀表與導航系統技術國防重點學科實驗室, 北京 100191
侯 林:北京航空航天大學 儀器科學與光電工程學院, 北京 100191北京航空航天大學 新型慣性儀表與導航系統技術國防重點學科實驗室, 北京 100191
韓邦成:北京航空航天大學 儀器科學與光電工程學院, 北京 100191北京航空航天大學 新型慣性儀表與導航系統技術國防重點學科實驗室, 北京 100191

聯系人作者:李海濤(haitaoli@buaa.edu.cn)

備注:李海濤(1979-), 男, 山東臨清人, 博士, 副研究員, 碩士生導師, 2002年、2005年于山東大學分別獲得學士、碩士學位, 2009年于北京航空航天大學獲得博士學位, 主要從事磁懸浮慣性執行機構技術、磁懸浮控制力矩陀螺超低速框架伺服系統的高精度控制方面的研究。

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引用該論文

LI Hai-tao,HOU Lin,HAN Bang-cheng. Disturbance rejection for the DGMSCMGs gimbal system[J]. Optics and Precision Engineering, 2019, 27(4): 868-878

李海濤,侯 林,韓邦成. 雙框架磁懸浮控制力矩陀螺框架系統的擾動抑制[J]. 光學 精密工程, 2019, 27(4): 868-878

被引情況

【1】湯繼強,崔 旭,袁新竹,隗同坤. 磁懸浮控制力矩陀螺高速轉子的高精度位置控制. 光學 精密工程, 2020, 28( 第3): 659-670

【2】湯繼強,崔 旭,袁新竹,隗同坤. 磁懸浮控制力矩陀螺高速轉子的高精度位置控制. 光學 精密工程, 2020, 28(3): 659-670

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