两自由度框架大惯量磁悬浮转子系统的高精度解耦控制方法及实验研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61573032
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0303.系统建模理论与仿真技术
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The double gimbal magnetically suspended control moment gyro (DGMSCMG) is a kind of a novel attitude control actuator, which is developed with the urgent need of high-resolution earth observation projects, large satellite platforms, spacestation and other high-precision satellites. The high-speed magnetically suspended rotor system in the DGMSCMG has the characteristics of the multivariable, nonlinear, strong gyroscopic effect, and strong coupling of multi-body dynamics with the inner & outer gimbals. Therefore highly stable and high-precision control of the magnetically suspended high-speed rotor system are the key and difficult points. . This project addresses the problems of multi-body dynamic characteristics and decoupling control in DGMSCMG, the innovative works are summarized as follows: (1) the multi-body dynamic model development and coupling problem analysis of the double gimbal magnetically suspended rotor system with large inertia will be given; (2) the nonlinearity, multivariable and coupling problems for the magnetically suspended high-speed rotor system will be analyzed and Identified; (3) the decoupling control precision affected by the residual coupling, nonlinearity, and parameter asymmetry will be compensated, and the online observation and high-precision decoupling method disturbed by the double gimbal angular velocity, angular acceleration, and gyroscopic couple torque will be researched. The decoupling method based on the disturbance state observer and filter cross feedback compensation will be used in high precision decoupling control for multivariable and multi-body dynamics problems; (4) finally, the semi physical simulation experiment platform based on a DGMSCMG and an air-floating platform will be designed and fabricated, and the effectiveness of decoupling method will be demonstrated by experimental results. . The objectives of this project are to build the high-precision decoupling control strategies of the high-speed magnetically suspended rotor system with strong gyroscopic effect and multi-body dynamics problem. The prototype of DGMSCMG is built to validate the high-precision decoupling control strategies. The research contents involved in this project are the key scientific issues which need to be resolved in DGMSCMG and other magnetic levitation systems, and have important value in scientific research and engineering applications.
本项目围绕我国高分辨率卫星等航天器对新型大力矩、高精度姿态控制执行机构——磁悬浮控制力矩陀螺的亟需,针对两自度框架伺服系统运动导致的高速大惯量磁悬浮转子系统的厞线性多体动力学耦合问题进行研究,内容包括:(1)两自由度框架作用下的强陀螺效应高速磁悬浮转子系统非线性多体动力学建模及耦合机理分析;(2)强陀螺效应磁悬浮高速转子系统的非线性、多变量系统耦合模型参数辨识;(3)针对未建模动态导致的残余耦合、残余非线性和参数不对称影响系统解耦精度的问题进行补偿,突破在线观测与高精度解耦控制技术,综合考虑两自由度框架角速度、角加速度及陀螺力矩等扰动因素,重点研究基于扰动观测器和滤波交叉反馈补偿的多变量、多体动力学的动态高精度解耦控制方法;(4)最后,为模拟卫星姿态控制过程,研制面向空间应用的半物理仿真平台,模拟卫星机动和两自由度框架伺服系统运动条件,验证强陀螺效应磁悬浮高速转子系统的高精度解耦控制方法。

结项摘要

本项目围绕我国高分辨率卫星等航天器对新型大力矩、高精度姿态控制执行机构——磁悬浮控制力矩陀螺的亟需,针对两自度框架伺服系统运动导致的高速大惯量磁悬浮转子系统的非线性多体动力学耦合问题进行研究,内容包括:(1)两自由度框架作用下的强陀螺效应高速磁悬浮转子系统非线性多体动力学建模及耦合机理分析;(2)强陀螺效应磁悬浮高速转子系统的非线性、多变量系统耦合模型参数辨识;(3)针对未建模动态导致的残余耦合、残余非线性和参数不对称影响系统解耦精度的问题进行补偿,突破在线观测与高精度解耦控制技术,综合考虑两自由度框架角速度、角加速度及陀螺力矩等扰动因素,重点研究基于扰动观测器和滤波交叉反馈补偿的多变量、多体动力学的动态高精度解耦控制方法;(4)最后,为模拟卫星姿态控制过程,研制面向空间应用的半物理仿真平台,模拟卫星机动和两自由度框架伺服系统运动条件,验证强陀螺效应磁悬浮高速转子系统的高精度解耦控制方法。.本项目依照任务书成功完成了以下研究成果。(1)完成了基于强陀螺效应混合磁轴承高速转子系统控制和参数辨识方法;(2)完成了两自由度框架磁悬浮转子系统多体动力学高精度解耦控制方法;(3)搭建了一套两自由度框架磁悬浮高速转子系统综合实验验证平台;(4)以第一作者和通讯作者完成发表SCI论文19 篇;(5)已申请国家发明专利5 项;(6)完成培养博士生3名,硕士生4 名。.本项目成功攻克了磁悬浮控制力矩陀螺中高速大惯量磁悬浮转子系统的非线性多体动力学耦合问题关键技术,填补了国内在该项领域的技术空白,为同类产品的产品和应用提供了技术基础。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Multiobjective Optimization of a Combined Radial-Axial Magnetic Bearing for Magnetically Suspended Compressor
磁悬浮压缩机径向轴向组合磁力轴承的多目标优化
  • DOI:
    10.1109/tie.2015.2509905
  • 发表时间:
    2016-04-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Han, Bangcheng;Xu, Qinjie;Yuan, Qian
  • 通讯作者:
    Yuan, Qian
Initial Rotor Position Detection Method of SPMSM based On New High Frequency Voltage Injection Method
基于新型高频电压注入法的SPMSM转子初始位置检测方法
  • DOI:
    10.1109/tpel.2018.2850318
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Power Electronics
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Bangcheng Han;Yangyang Shi;Xinda Song;Kun Hong;Kun Mao
  • 通讯作者:
    Kun Mao
A Loss Separation Method of a High-Speed Magnetic Levitated PMSM Based on Drag System Experiment Without Torque Meter
基于无扭矩计拖动系统实验的高速磁悬浮永磁同步电机损耗分离方法
  • DOI:
    10.1109/tie.2018.2844795
  • 发表时间:
    2019-04
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Industrial Electronics
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Xu Liu;Gang Liu;Bangcheng Han
  • 通讯作者:
    Bangcheng Han
An Improved Target-Field Method for the Design of Uniform Magnetic Field Coils in Miniature Atomic Sensors
微型原子传感器中均匀磁场线圈设计的改进目标场方法
  • DOI:
    10.1109/access.2019.2920955
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Wang Jing;Zhou Binquan;Liu Xu;Wu Wenfeng;Chen Linlin;Han Bangcheng;Fang Jiancheng
  • 通讯作者:
    Fang Jiancheng
Weight-Reduction Design Based on Integrated Radial-Axial Magnetic Bearing of a Large-Scale MSCMG for Space Station Application
空间站大型MSCMG径向轴一体化磁轴承减重设计
  • DOI:
    10.1109/tie.2016.2627021
  • 发表时间:
    2017-03-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Han, Bangcheng;Zheng, Shiqiang;Liu, Qiang
  • 通讯作者:
    Liu, Qiang

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其他文献

双框架磁悬浮控制力矩陀螺框架系统的扰动抑制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    光学精密工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李海涛;侯林;韩邦成
  • 通讯作者:
    韩邦成
磁悬浮飞轮优化设计与实验
  • DOI:
    10.3873/j.issn
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    宇航学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘强;武登云;韩邦成;樊亚洪
  • 通讯作者:
    樊亚洪
DGCMG框架伺服系统摩擦力矩建模及辨识
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    振动.测试与诊断
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李红;杭影;韩邦成;李海涛
  • 通讯作者:
    李海涛
基于滑模扰动观测器的磁轴承主动振动控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    光学精密工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩邦成;崔华;汤恩琼
  • 通讯作者:
    汤恩琼
基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    航空学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李海涛;林杰;韩邦成
  • 通讯作者:
    韩邦成

其他文献

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韩邦成的其他基金

高速磁悬浮转子系统的优化、控制及应用
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    400 万元
  • 项目类别:
    国家杰出青年科学基金

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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