控制力矩陀螺(CMG,control moment gyro)系统存在多种误差与扰动,影响航天器的姿态控制精度.分析了大型单框架控制力矩陀螺(SGCMG,single gimbal control moment gyro)各主要组成部分的特性、误差及扰动,包括转子动静不平衡、转子轴的安装误差、轴承摩擦、转子电机特性、框架电机特性和谐波减速器特性.通过建立大型SGCMG的动力学精细模型并进行数学仿真,得到了大型SGCMG主要误差与扰动对其输出力矩的影响:在框架伺服系统加装谐波齿轮减速机构可以明显提高SGCMG输出力矩精度,同时也给框架带来高频谐振;转子动不平衡造成的扰动力矩是导致SGCMG在其力矩输出轴和框架轴方向产生输出力矩偏差的主要原因.
框架转速控制精度是影响大型单框架控制力矩陀螺(Single Gimbal Control Moment Gyroscope,SGCMG)输出力矩精度的重要因素。谐波齿轮是一种大传动比的减速装置,在大型SGCMG框架伺服系统中加装谐波齿轮提高框架电机的转速,有利于减小框架转速控制偏差。本文分析了大型SGCMG框架电机和谐波齿轮传动的特性,建立了带有谐波齿轮的大型SGCMG动力学模型。数值仿真结果表明加装谐波齿轮可明显改善大型SGCMG框架转速控制精度,特别是框架低速运行时的控制精度,提高大型SGCMG输出力矩精度;但加装谐波齿轮也给框架带来高频谐振。
