● 摘要
控制力矩陀螺(CMG-Control Moment Gyroscope)是空间站等大型航天器实现姿态控制的关键执行机构。它输出力矩的精度受很多方面的影响：陀螺房内高速转子对框架的耦合效应、控制力矩陀螺框架伺服系统的摩擦干扰等。框架的摩擦力矩不但受到高速转子的耦合影响，而且还具有摩擦本身的特征。本文针对非线性干扰问题进行了研究，主要内容如下： (1)针对磁悬浮控制力矩陀螺框架伺服系统低速、高精度的要求，采用空间矢量脉宽调制算法实现了高精度实时性控制。 (2)针对空间矢量坐标变换和先进算法需要大量高速实时计算问题，对原有控制系统进行了升级,搭建了以DSPVC33+FPGA为系统架构的新控制系统，并阐述了各个模块的组成以及工作原理。硬件平台DSPVC33仅仅作为一种浮点协处理器单独高速地解决计算需求，FPGA相对于DSP并行的运行，解决了数据读取和控制以及通信方面的问题。其中FPGA主要完成功能为SVPWM(SVPWM-Space Vector PWM)模块、FPGA控制AD7938读数据和数据预处理模块、以及DSPVC33与上位机（PC）通信的UART模块。 (3)在新硬件平台上，电流环加入模糊前馈对交轴和直轴进行了解耦控制，使得相互耦合很难控制的通道变成了两个简单的闭环通道，扩展了带宽和改善了相位滞后。 (4)通过在位置环加入专家系统，对于低速摩擦引起的干扰问题进行了研究，用Matlab仿真后进行了实验验证，结果表明：当误差和误差的变化率变化时，运用一些控制专家的经验总结，智能的切换控制率能够满足误差在不同条件下的要求，使得系统的控制达到效果最优。