内外框架之间的耦合力矩和谐波减速器的非线性传输力矩是影响双框架磁悬浮控制力矩陀螺(DGMSCMG)框架系统精确角速度控制的主要因素, 为了解决以上干扰问题, 实现框架系统高精度角速率伺服控制提出了一种基于扰动观测器和自适应反步的框架系统复合解耦控制方法。通过扰动观测器来估计框架系统中的扰动, 并结合自适应反步法获得控制律, 其间将扰动估计误差当作未知参数设计了其自适应律, 对扰动的两次处理使得框架系统干扰估计更加精确, 同时可以保证估计参数的收敛性和整个框架系统的稳定性。仿真和实验结果表明, 采用此复合控制方法, DGMSCMG框架系统扰动估计误差不超过框架系统实际扰动的3%, 实际框架角速率跟踪参考指令角速率的精度达到99.2%。此复合解耦控制方法可以满足DGMSCMG框架系统抗干扰能力强、高精度角速率伺服控制的要求。

提出一种基于角速率前馈与力矩观测相结合的磁轴承负载力矩复合补偿控制方法来提高双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁悬浮转子的悬浮精度。建立了双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁悬浮转子动力学模型, 分析了内外框架转动情况下的磁轴承负载力矩。分别基于框架角速率前馈和力矩观测设计了磁轴承负载力矩复合补偿控制方法, 分析了补偿后系统的稳定性。最后, 利用实验室研制的样机搭建试验平台对本文所提出的方法进行了实验验证。结果表明: 在框架以角加速度120(°)/s2启动至10(°)/s时, 该方法使转子Ax端位移跳动量减小为未补偿前的44.8%; 内外框架以幅值 频率10 Hz正弦激励时, 转子Ax、By端的位移跳动量分别减小为未补偿前的23.4%和35.5%。结果显示提出的方法有效地提高了磁悬浮转子在负载力矩扰动下的悬浮精度。

为了抑制双框架磁悬浮控制力矩陀螺(DGMSCMG)框架伺服系统中谐波减速器固有的迟滞特性对系统精度的影响, 提出了一种基于Preisach模型的谐波减速器迟滞特性建模方法。首先, 使用一阶回转曲线法采集谐波减速器的柔轮输出力矩与扭转角, 获得建立谐波减速器迟滞模型的实验数据, 其中谐波减速器柔轮的输出力矩是在不使用力矩传感器的条件下用系统动力学模型估计得到的;然后, 使用Preisach模型对谐波减速器柔轮输出力矩与扭转角迟滞关系进行建模;最后, 采用将模型离散化的数字型实现方法辨识模型中的权重函数, 并给出模型的离散递归算法使模型利于简易化编程与进一步的在线控制。实验结果显示, 谐波减速器的迟滞模型误差不超过0.005°, MSE值不超过(0.000 83%)°。结果显示了所述建模方法的正确性和实用性。