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    188宝金博页面版: DGCMG框架伺服系统摩擦力矩建模及辨识

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    内容提示： 第 34卷第 6期 2014年 12月 振 动 、测试 与诊断 Journal of Vibration。Measurement& Diagnosis Vo1．34 No．6 Dec． 2O14 DGCMG框架伺服 系统摩擦 力矩建模及辨识 李 红 ， 杭 影 ， 韩 邦成 ， 李海涛 ， (1．北 京航 空航天大学惯性技术重点实验室 北京 ，100191) (2．新型惯性仪表与导航系统技术 国防重点学科 实验室 北 京 ，100191) 摘要 为 了减小强 陀螺 效应 条件下双框架控制力矩陀螺 (double gimbal control mornent gyroscope，简称 DGCMG) 框架伺服 系统 的非线性摩擦 力矩对框架伺服系统控制精度 的影 响 ，提出 了一种对 DGCMG框架伺服 系统非线性摩 擦力矩...

    文档格式：PDF | 页数：7 | 浏览次数：330 | 上传日期：2016-03-15 23:14:23 | 文档星级：
    第 34卷第 6期 2014年 12月 振 动 、测试 与诊断 Journal of Vibration。Measurement& Diagnosis Vo1．34 No．6 Dec． 2O14 DGCMG框架伺服 系统摩擦 力矩建模及辨识 李 红 ， 杭 影 ， 韩 邦成 ， 李海涛 ， (1．北 京航 空航天大学惯性技术重点实验室 北京 ，100191) (2．新型惯性仪表与导航系统技术 国防重点学科 实验室 北 京 ，100191) 摘要 为 了减小强 陀螺 效应 条件下双框架控制力矩陀螺 (double gimbal control mornent gyroscope，简称 DGCMG) 框架伺服 系统 的非线性摩擦 力矩对框架伺服系统控制精度 的影 响 ，提出 了一种对 DGCMG框架伺服 系统非线性摩 擦力矩精确建：捅媸 的方 法。分析了 DGCMG框架伺服系统 的动力 学方程 ，在研 究 内、外框架摩 擦力 矩随 内外 框架角速度和陀螺力矩变化规律 的基 础上 ，建立 了内、外 框架摩擦力矩精确 的数学模 型 ，并 用控制力矩 陀螺的实 际 参数和实验采集数据对摩擦力矩模 型参数进行 了遗忘 因子递推 最小二乘 法辨 识。实验结果 验证 了所建模 型 的正 确性和辨识结果的准确性 ，有助于补偿 DGCMG框架伺服 系统 的非 线性 摩擦 力矩 ，提高框架伺服系统 的控制精度 。 关 键词 双框架控制力矩陀螺 ；框 架伺服系统 ；摩擦模 型 ；参数辨识 ；遗忘因子递推最小二乘法 中 图分 类 号 TP275；V448；TH132 引 言 控制 力 矩 陀 螺 (control moment gyroscope，简 称 CMG)具有控制精度 高、输 出力矩大 、寿命 长、动 态性能好等优点 ，是大型航天器 和敏捷机动航天器 实现 姿态 控制 的首 选执 行机 构 _1]。相 比于 单框 架控 制力 矩 陀 螺 (single gimbal control moment gyro— scope，简称 SGCMG)，DGCMG 可 以提 供 两 个 自由 度的力矩输 出，可有效降低姿态控制系统的功耗 、体 积 和重 量 ，具 有 更 高 的综 合 效 益 l2]，因而 DGCMG 成为大型航天器和敏捷机动航 天器实现高精度、长 寿命和快速机动姿态控制的有效解决途径。 影 响 DGCMG 输 出力 矩 精 度 的 一 个 关 键 因 素 是框架伺服系统 的控制精度_3]，而影 响框架伺服系 统 的控 制精度 的一个 重要 因素是 框 架伺 服系 统 的摩 擦力 矩 ，要实 现 DGCMG框 架 伺 服 系 统 的高 精 度控 制 ，需 要对 框架 伺 服 系统 的摩 擦 力 矩进 行 补 偿 。基 于摩擦补偿方法 的关 键是建立精确 的摩擦力矩模 型 ，因此研 究 DGCMG框架 伺 服 系 统 的摩 擦 力矩 模 型是提高框架伺服系统控制精度的一种有效手段。 国内外 已有学者做过对控制力矩陀螺框架伺服 系统动力学建：湍Σ亮亟７矫娴难芯 。文献 [4]分析了框架摩擦对框架伺服系统的影响，建立 了 * 国家 自然科学基金资助项 目(61203112) 收稿 日期 ：2013—03—13；修 回日期 ：2013—06—03 摩擦模型 ，但是其摩擦模型过于简单 ，不能最大限度 地反映系统的实际情况。文献 [5]对 SGCMG进行 了详细 动力 学分 析 ，建 立 了框 架 伺 服 系 统 动力 学 模 型 ，其中考虑 了动静不平衡干扰力矩以及摩擦力矩， 摩擦力矩是根据实验数据利用 LuGre模 型进行较 为精确的拟合得到的。文献[6]对单框架磁悬浮控 制力 矩 陀 螺 (single gimbal magnetically suspended control moment gyroscope，简称 SGMSCMG)框架 伺服 系统 进行 了动 力 学 研究 ，分 析 了摩 擦 力 矩 随 陀 螺输出力矩和框架角位置的变化机理和变化规律 ， 并 据 此建 立 了 SGMSCMG框 架 伺 服 系统 的非线 性 摩擦力矩模型和非线性动力学模型。文献[7]考虑 到滚 动轴 承 的摩擦 力 ，利 用 Palmgreen提 出 的经 验 公 式建 立 了 SGCMG 框 架 伺 服 系 统 的 非 线 性 摩 擦 力 矩模 型 ，针 对此 摩擦 模型 ，采用 了基 于小脑 神 经 网 络 的摩 擦补偿 方 式进行 补偿 。以上对框 架伺 服 系统 动力 学 建模 和摩 擦 力 矩 建 模 方 面 的研 究 对 象 都 是 SGCMG，而 DGCMG 框 架 伺 服 系 统 内外 框 架 之 间 强耦合力矩 的存在 ，使得 它 的非线性 摩擦 模型 较 SGCMG框架 伺 服 系统 的 非 线 性 摩 擦 模 型 更 加 复 杂 ，因此 以上 建 模 方 法 不 能 直 接 应 用 到 DGCMG 上，需要提 出新的摩擦力矩建：捅媸斗椒。 传统辨识方法 以最小二乘法[8 为代表 ，新 型辨 识方法 中比较常用的是基于：呒 的系统辨识方

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