● 摘要
控制力矩陀螺是大型航天器实现姿态控制的关键执行机构，控制力矩陀螺框架伺服系统的控制精度是影响其输出力矩精度的重要因素，因此控制力矩陀螺框架伺服系统的高精度控制研究十分重要；控制力矩陀螺框架伺服系统的旋转变压器激磁电源及轴角解码模块体积、重量、功耗较大，不满足航天应用高集成度、低功耗的要求，必须对其进行改进，本课题针对以上两点内容进行了理论与实验研究。本文的主要研究内容如下：(1)针对影响框架伺服系统控制精度的因素进行了相关理论与实验研究，分析了框架电机换向转矩脉动的产生原因、特点，采用一种自适应换向的方法有效地抑制了换向转矩脉动；提出一种基于角加速度的干扰观测器，很好地补偿了框架伺服系统受到的扰动。实验结果表明框架伺服系统的控制精度和稳定度得到了显著提高。(2)研制成功一种基于DSP的旋变激磁、轴角解码及伺服控制的高集成度、低功耗系统，提出了一种线性求解角位置的方法，有效地降低了轴角解码的程序运算量。设计了一种基于DSP+FPGA的高性能旋变激磁、轴角解码及伺服控制系统，集成了A/D、D/A、RAM、UART等模块，进一步提高了轴角解码的精度。分析了轴角解码误差的来源，给出了相应的误差补偿方法，通过标定系统对补偿前后轴角解码的误差进行了测试。实验结果表明不仅框架伺服系统控制精度优于指标要求，而且系统的体积比专用模块减少了67%，重量减少75%，功耗减少72%。通过本课题的研究，大幅提高了控制力矩陀螺框架伺服系统的控制精度和伺服系统的集成度，并大幅减低了电路功耗，对控制力矩陀螺框架伺服系统的工程化和应用具有重要的意义。关键词：控制力矩陀螺，框架伺服系统，控制精度，轴角解码
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