大型控制力矩陀螺动力学精细建模与仿真

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刘宝玉，金磊，贾英宏
（北京航空航天大学宇航学院，北京１００１９１）
摘要：控制力矩陀螺（ＣＭＧ，ｃｏｎｔｒｏｌｍｏｍｅｎｔｇｙｒｏ）系统存在多种误差与扰动，影响航天器的姿态控
ＳＧＣＭＧ在其力矩输出轴和框架轴方向产生输出力矩偏差的主要原因．
关键词：控制力矩陀螺；动力学；扰动；建模；仿真中图分类号：Ｖ４４８．２２文献标志码：Ａ文章编号：１６７４．１５７９（２０１４）Ｏ１－００２１－０６
ｔｈｅｌａｒｇｅ — ｓｃａｌｅｓｉｎｇｌｅｇｉｍｂａｌｃｏｎｔｒｏｌｍｏｍｅｎｔｇｙｒｏ（ＳＧＣＭＧ）ａｓｗｅｌｌａｓｅｒｒｏｒｓａｎｄｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ，ｉｎｃｌｕ —
ＬＩＵＢａｏｙｕ，ＪＩＮＬｅｉ，ＪＩＡＹｉｎｇｈｏｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｆｏＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｖａｒｉｅｔｙｏｆｅｒｒｏｒｓａｎｄｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓｅｘｉｓｔｉｎｃｏｎｔｒｏｌｍｏｍｅｎｔｇｙｒｏ（ＣＭＧ）ｓｙｓｔｅｍ，ａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅ
采
制精度．分析了大型单框架控制力矩陀螺（ＳＧＣＭＧ，ｓｉｎｇｌｅｇｉｍｂａｌｃｏｎｔｒｏｌｍｏｍｅｎｔｇｙｒｏ）各主要组成部分的特性、误差及扰动，包括转子动静不平衡、转子轴的安装误差、轴承摩擦、转子电机特性、框架电机特性和谐波减速器特性．通过建立大型ＳＧＣＭＧ的动力学精细模型并进行数学仿真，得到了大型ＳＧＣＭＧ主要误差与扰动对其输出力矩的影响：在框架伺服系统加装谐波齿轮减速机构可以明显提高ＳＧＣＭＧ输出力矩精度，同时也给框架带来高频谐振；转子动不平衡造成的扰动力矩是导致
ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒｏｔｏｒｍｏｔｏｒａｎｄｇｉｍｂａｌｍｏｔｏｒ，ｈａｒｍｏｎｉｃｇｅａｒｄｒｉｖｅ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｄｙ — ｎａｍｉｃｓｉｎｆｅｍｏｄｅｌｏｆｌａｒｇｅ・ｓｃａｌｅＳＧＣＭＧｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔａｄｄｉｎｇｈａｒｍｏｎｉｃｇｅａｒｉｎｔｏｇｉｍｂａｌｓｅｒｖｏｓｙｓｔｅｍｏｆ
ｄｉｎｇｔｈｅｓｔａｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｉｍｂａｌａｎｃｅｓｏｆｒｏｔｏｒ，ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｅｒｒｏｒｏｆｒｏｔｏｒａｘｉｓ，ｆｒｉｃｔｉｏｎｏｆｂｅａｒｉｎｇ，ｃｈａｒ —
ＤｏＩ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１６７４．１５７９．２０ｌ４．Ｏ１．００４
ＤｙｎａｍｉｃｓＦｉｎｅＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＬａｒｇｅ — ＳｃａｌｅＣｏｎｔｒｏｌＭｏｍｅｎｔＧｙｒｏ
ａｃｃｕｒａｃｙｏｆｓｐａｃｅｃｒａｆｔａｔｔｉｔｕｄｅｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｍａｉｎｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆ
第４０卷
第１期 Baidu Nhomakorabea
空间控制技术与应用
ＡｅｒｏｓｐａｃｅＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
Ｖｏ１．４０ＮＯ．１Ｆｅｂ．２０１４
２０１４年２月
大型控制力矩陀螺动力学精细建模与仿真