北京航空航天大学学报 ›› 2016, Vol. 42 ›› Issue (4): 703-710.doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0282

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基于自适应反步的DGMSCMG框架伺服系统控制方法

李海涛1,2, 闫斌1,2   

  1. 1. 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100083;
    2. 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室, 北京 100083
  • 收稿日期:2015-05-06 修回日期:2015-08-06 出版日期:2016-04-20 发布日期:2016-04-29
  • 通讯作者: 李海涛, Tel.: 010-82339273 E-mail: haitaoli@buaa.edu.cn E-mail:haitaoli@buaa.edu.cn
  • 作者简介:李海涛 男,博士,讲师,硕士生导师。主要研究方向:电机伺服控制、非线性控制等。 Tel.: 010-82339273 E-mail: haitaoli@buaa.edu.cn;闫斌 男,硕士研究生。主要研究方向:电机伺服控制、非线性控制。 Tel.: 010-82339273 E-mail: zoowrvyhk@buaa.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(61203112)

Adaptive backstepping control method used in DGMSCMG gimbal servo system

LI Haitao1,2, YAN Bin1,2   

  1. 1. School of Instrumentation Science and Opto-electronics Engineering, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083, China;
    2. Fundamental Science on Novel Inertial Instrument and Navigation System Technology Laboratory, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083, China
  • Received:2015-05-06 Revised:2015-08-06 Online:2016-04-20 Published:2016-04-29
  • Supported by:
    National Natural Science Foundation of China (61203112)

摘要: 针对双框架磁悬浮控制力矩陀螺(DGMSCMG)内、外框架伺服系统耦合力矩及传动机构的非线性传动特性影响框架角速率精度的问题,提出一种基于自适应反步的非线性鲁棒控制器的设计方法。首先分别就双框架伺服系统耦合力矩及框架传动机构的非线性传动特性对系统稳定性和角速率精度的影响进行分析;其次利用反步理论,通过构造适当的Lyapunov函数并逐级反推得到控制律,保证参数估值的收敛性和系统的全局稳定性;最后通过仿真分析并以小型DGMSCMG系统为对象进行实验,结果表明:与电流前馈控制比较,所提出的自适应反步控制方法,既增强双框架伺服系统的扰动抑制能力,又提高框架角速率精度。

关键词: 双框架磁悬浮控制力矩陀螺(DGMSCMG), 自适应反步控制法, 传动机构, 框架角速率, 耦合力矩

Abstract: To overcome the problem of the precision of gimbal angular speed control brought by the coupling torque between inner and outer gimbal of double gimbal magnetically suspended control moment gyroscope (DGMSCMG) and the nonlinear transmission characteristics of the transmission gear, a nonlinear robust controller based on adaptive backstepping control method is proposed. Firstly, the effects of the double gimbal coupling torque and the nonlinear transmission characteristics of the transmission gear on the stability of the system and the precision of gimbal angular speed are analyzed. Secondly, based on backstepping theory, the control law is recursively deduced by constructing the suitable Lyapunov function, which ensures convergence of parameter estimation and global stability of the adaptive system. Finally, simulation analysis and experiment with small DGMSCMG show that the disturbance restraint ability of double gimbal servo system and the precision of gimbal angular speed are significantly improved by the proposed method, compared with current feed-forward control.

Key words: double gimbal magnetically suspended control moment gyroscope(DGMSCMG), adaptive backstepping control method, transmission gear, gimbal angular speed, coupling torque

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