张大伟 周江华 黄宛宁

1.中国科学院大学，北京100049 2.中国科学院光电研究院, 北京 100094



高空气球吊篮姿控用精简反捻控制系统设计

张大伟1周江华2黄宛宁2

1.中国科学院大学，北京100049 2.中国科学院光电研究院, 北京 100094

提出一种在不加外部力矩测量装置前提下，利用智能驱动器控制力矩电机工作在电流闭环模式的精简反捻控制系统，通过控制电机绕组电流值以达到解耦和卸荷作用。首先，通过对现有反捻设计方案的分析，提出了精简反捻控制系统设计方案。其次，分别对该反捻器的系统级和电路级进行了仿真和分析，进一步验证了可实现性。最后分析其与反作用飞轮控制系统配合构成的吊篮姿态控制系统具有控制精度高和结构简单的优越性。 关键词 高空气球；吊篮控制；反捻器；力矩电机；电流闭环控制

高空气球是指飞行在平流层的无动力飞行器，球体内充满氦气，可携带各种设备漂浮在30～40km的高空中。气球携带的设备基本上都装在吊篮内，吊篮通过缆绳与气球连接。吊篮搭载的一些科学观测仪器有稳定指向要求，仪器的俯仰姿态一般是直接控制，方位姿态则是通过控制吊篮的方位来实现。

吊篮方位姿态控制系统由姿态驱动系统和反捻控制系统2部分构成。姿态驱动系统负责控制吊篮姿态，有控制力矩陀螺和反作用飞轮2种方式。前者控制力矩大、控制精度高，但机构复杂，成本高，且能量消耗较大。后者虽然控制效率和精度不如前者，但机构简单容易实现，且成本和能耗相对较低。……