题目：卫星天线指向机构高精度控制技术与实验研究

卫星天线指向机构是通讯卫星、中继卫星的运动执行机构，也是制约我国大型通讯卫星和中继卫星事业发展的瓶颈因素之一，而数字控制系统是指向机构系统的关键部件，指向精度是卫星天线指向机构系统的重要指标，系统实验测试又是指向机构系统性能的评价基础。论文以国家民用航天预研项目为背景，结合一种新结构的卫星天线指向机构的研制，开展了以指向机构控制系统为基础的高精度指向技术与实验研究工作。1、论文以谐波减速器和摆线包络减速器组成的指向机构系统为研究对象，针对原有控制系统集成度低，功耗大的问题，设计并实现了新一代的指向机构控制系统。该控制系统具有集成度高、功耗低（比原有系统功耗降低了39.1%）的特点，为天线指向机构系统的实验研究提供了测试平台。2、根据指向机构的工作模式和特点，将指向机构系统工作状态划分为定位模式、扫描模式和跟踪模式，并对这三种工作模式进行了性能分析。提出了采用EKF（扩张卡尔曼滤波）磁链估计的方法检测转子磁链，获得平稳的扫描速度；采用内模PID方法防止控制器饱和，提高系统跟踪能力。3、针对定位模式对指向系统定位精度和低驱动功耗的要求，采用了二项式拟合求取输出轴角度的方法，提高代码的执行速度和效率；通过PID变系数软件陷阱的方法实现了系统的快响应和快稳定；运用分段式误差补偿的方法，解决了由于弹性形变、回差等带来的系统定位精度问题，将系统的定位精度由角分级提高到角秒级；利用矢量控制中最大输出力矩/电流控制方法驱动指向机构，降低了系统的驱动功耗。4、从系统控制方法、系统指向精度和系统输出特性三个角度在测试平台上进行了实验研究。实验结果表明系统控制方法中矢量控制方法非线性度小于0.035，H-PID控制较原有控制方式相比具有响应快速而稳定的特点；系统定位精度达到了30角秒以内，对输出轴小幅高频干扰不敏感；输出轴刚度大于30000Nm/rad，减速器传动效率和电机磁偏拉力是制约力矩输出的主要因素，这为今后的系统整体性能提高提供了实验依据。综上所述，论文的数字控制系统设计和高精度控制技术及实验研究工作对卫星天线指向机构系统的研制和应用具有重要的理论意义和工程价值。