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滑膜卫星帆板驱动机构阐述

滑模变结构运动一般有两个阶段。首先是系统在控制律的作用下,从任意初始位置都能到达滑模面,这一阶段我们称之为到达阶段;然后系统进入滑模面以后,系统在滑模面上做滑动模运动,最后达到稳定状态,这一阶段我们称之为滑动摸阶段。设计滑模变结构控制系统的基本步骤分为以下两个步骤:

[1]选取滑模面

根据理论和经验,选择合适的滑模面,使系统在滑模面上s=0能都达到所需的控制精度且具有渐近稳定性。我们选取如下滑模面:

s=Aw+kqv

式中:Aw是卫星本体的误差角速度,qv是姿态四元素的矢量部分,k是需要设计的一个常值。

滑模变结构运动的滑动模阶段起主要作用的等效控制律已经给出,到达阶段起主要作用的切换控制,www.qg999.com,钱柜娱乐,钱柜娱乐999可以根据滑模变结构控制律设计的原理得到。系统在有限时间内从任意初始状态趋近于滑模面的运动我们称之为趋近运动。 通过选取适当的参数来确保系统的状态变量能够在有限时间内进入到滑模面并在滑模面上运动。

 

虽然在PD控制作用下,帆板的平均转速能按照0.06°逐渐增加,但是帆板的转速在0.02-0.10° 的波动,存在着较大的振荡。这是因为步进电机作为驱动元件,它提供的驱动力矩会含有大量谐波成分,对挠性帆板模态的激励有着不可忽略的作用。所以在这一节中,我们通过构造李雅普诺夫函数,设计了自适应电流补偿控制器,以抵消摩擦力矩和谐波力矩以及附件耦合对驱动的影响。

 

直接型太阳帆板驱动机构采用的是两相混合步进电机,它的驱动方式采用正余弦细分电路驱动电流,它的工作方式是以双四拍方式驱动帆板对日定向,由于两相混合步进电机特殊的驱动方式,东莞电机转动产生的摩擦力矩和谐波力矩会直接导致步进电机的不平稳,间接造成帆板转动的不平稳,而且还不能确保卫星姿态的稳定控制,所以就非常有必要对摩擦力矩和谐波力矩进行补偿控制。

 

针对帆板受步进电机工作方式和谐波力矩的影响,帆板转速有明显的振荡这一问题,从仿真结果可以看出,与基于输出反馈的PD控制相比,卫星姿态稳定和驱动机构采用复合控制时大大提高了挠性卫星的控制精度,帆板转速的振荡有了较为明显的改善。第二,通过在PD控制作用下与C2仿真实验相比较,我们发现驱动机构的电流并没有进行补偿,摩擦力矩和谐波力矩对驱动机构平稳驱动的影响仍然存在,帆板转速只在0.59-061° 的范围内变化,振荡减少的非常明显。这说明滑模变结构具有对外部干扰和对系统参数摄动引起的不确定性具有鲁棒性等优点。第三,通过C1与C2两组仿真实验可以看出,在卫星系统稳定之前,驱动机构采用自适应控制时的帆板转速的波动比采用PD控制时要小,这说明自适应电流补偿控制器,抵消了摩擦力矩和谐波力矩以及附件耦合对驱动的影响。