● 摘要
双框架磁悬浮控制力矩陀螺（Double Gimbal Magnetically Suspended Control Moment Gyroscope，DGMSCMG）可以实现大力矩、高精度、低功耗的姿态控制，是航天器姿态控制执行机构的理想选择。DGMSCMG由磁悬浮高速转子系统和框架伺服系统组成，其框架系统的精度直接关系到DGMSCMG的输出力矩精度。
由陀螺效应产生的耦合力矩是DGMSCMG框架系统不可避免的干扰力矩，为了使DGMSCMG输出力矩的同时保证框架系统较小的体积和重量，需要加入谐波减速器对框架力矩电机的输出力矩进行放大。然而，谐波减速器的迟滞特性直接影响了框架系统的精度，导致航天器姿态控制精度降低。因此有必要研究谐波减速器迟滞特性的高精度建模方法，以便于DGMSCMG框架伺服系统控制方法的设计与研究。DGMSCMG框架系统中的强耦合力矩直接影响了框架系统的控制精度，因此同样有必要对框架系统研究一种有效的解耦控制方法。针对以上两个研究要点，本论文完成的工作如下：
（1）分析了DGMSCMG框架系统谐波减速器的迟滞特性，基于所研究的谐波减速器的应用条件和特性，选用Preisach迟滞模型作为谐波减速器的迟滞模型，并对其权重函数进行了辨识。对所提出的DGMSCMG框架系统谐波减速器Preisach迟滞模型进行了实验验证，结果表明了其有效性和实用性。
（2）针对主被动DGMSCMG，分别对内、外框架进行动力学建模，并对作用在内、外框架的耦合力矩进行了研究。
（3）针对主被动DGMSCMG框架系统的耦合问题，提出了基于多输出PID神经网络（Multi-output PID Neural Network，MPIDNN）的主被动DGMSCMG框架系统的解耦控制方法。仿真结果表明，所提出的MPIDNN解耦控制器可有效抑制耦合力矩对框架系统的影响。