第23卷第9期2015年9月光学精密工程OpticsandPrecisionEngineeringVo1．23No．9Sept．2015文章编号1004—924X(2015)09—2553-09微动量轮高精度滑模变结构控制王梦，张高飞，尤政，田宁(清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京100084)摘要：基于滑模变结构算法研究了小卫星微动量轮的精确控制。在系统整体控制框架的基础上，对微动量轮动力学模型进行了分析；结合理想模型引入纹波电压、摩擦系数不确定性、扰动力矩等干扰因素，完善了微动量轮动力学模型。设计了等效滑模变结构控制算法，并对控制率参数进行了仿真优化。通过MATIAB仿真，对比分析了滑模变结构控制和常规PI控制在转速控制和力矩控制两种模式下的特性。最后，实验设计了微动量轮样机。仿真结果表明：基于滑模变结构控制的微动量轮转速控制精度达到±0．5r／rain，从0加速到2000r／rain的时间为l8s，均明显优于PI控制。实验结果表明：利用滑模变结构控制的微动量轮转速控制精度达到±0．9r／min，从0加速到2000r／min的时间为26S。上述结果显示：利用滑模变结构控制算法可以有效克服微动量轮控制中的干扰因素，提高转速控制精度和输出力矩稳定度，缩短转速变化响应时问。关键词：小卫星；姿态控制；微动量轮；滑模控制；仿真计算；样机实验中图分类号：V448．22；TP273文献标识码：Adoi：10．3788／OPE．2O152309．2553Highprecisionslidingmodecontrolformicro-momentumwheelWANGMeng—bi，ZHANGGao—fei，YOUZheng，TIANNing(StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasurementTechnologyandInstrumentsDepartmentofPrecisionInstrument，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)*C0rr8s0咒gauthor，E-mail：wangmbl020@gmail．tomAbstract：Theprecisioncontrolofamicro—momentumwheelinmicro—satellitewasresearchedbasedonaslidingmodecontrolalgorithm．Onthebasisofthewholecontrolsystemframework，thedynamicmodelofthemicro-momentumwheelwasanalyzed．Combinationoftheidealroode1andconsiderationoftheinterferencefactorssuchasripplevoltage，theuncertaintyoffrictioncoefficient。anddisturbancetorque，thedynamicmodelofmicro—momentumwheelwasimproved．Then，slidingmodecontrolalgorithmwasdesigned，andsimulationcontrolrateparameterswereoptimized．ThroughMATLABsimulation，slidingmodecontrolandconventionalPIcontrolwerecomparedforthetorauecontrolandspeedcontro1．Finally，amicro—momentumwheelprototypewasdesigned．Thesimu1ationresultsshowthatthespeedcontrolprecisionofthemicro—momentumwhee1basedonslidingmodecontrolis-+-0．5r／minanditcanacceleratefrom0to2000r／minin18s，botharemuchbetterthanthatbasedonPIcontro1．Experimentalresultsdemonstratethatthespeedcontro1precisionofthemicro—momentumwheelbasedonslidingmodecontrolis±0．9r／minanditcanacceleratefrom0to2000r／minin26S．Theseresultsindicatethatslidingmodecontrolalgorithmelfective1vovercomes收稿日期：2015-03—17；修订日期：2015—04—10．基金项目：国家863高技术研究发展计划资助项目(No．2013AA122601)光学精密工程第23卷thecontrolinterferencefactorsofthemicro—momentumwheelandimprovesthespeedcontrolprecision，shortenstheaccelerationtime．Keywords：micro—satellite；attitudecontrol；micro—momentumwheel；slidingmodecontrol；simulationandcalculation；prototypeexperiment1引言微小卫星是指质量小于1000kg的卫星[1]。由于微小卫星具有体积小、重量轻、研制和发射成本低、研制周期短等优势[2]，在过去十余年内发展迅速，全球已成功发射微小卫星497颗，占卫星发射总数的41．21[3]。2013年，全球微小卫星发射呈爆发式增长态势，共成功发射146颗_4]。目前，微小卫星已经在遥感、导航、通讯、技术试验、空间对抗等多个领域发挥重要作用。随着微小卫星应用研究的深入，对微小卫星平台的姿态控制精度要求不断提高。微动量轮具有可靠性高、控制精度高...
