申请/专利权人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

申请日：2022-08-02

公开（公告）日：2024-03-15

公开（公告）号：CN115291516B

主分类号：G05B13/04

分类号：G05B13/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.15#授权;2022.11.22#实质审查的生效;2022.11.04#公开

摘要：本发明涉及一种隔振指向平台模态解耦控制方法，包括：确定隔振指向平台的设计要求，对构型进行设计优化，选择铰链类型及支腿致动器类型；确定构型参数及设计参数；推导得到隔振指向平台的动力学模型；计算模态转换矩阵，进行模态解耦；将多自由度系统进行模态解耦转换成单自由度系统，分别在模态空间设计指向控制率和隔振控制率达到隔振和精密指向特性，将受到的扰动分为低频扰动区间、中频扰动区间和高频扰动区间，利用指向抵消低频扰动，主动隔振抵消中频扰动，被动隔振特性抵消高频扰动；得出最终控制力输出，对隔振指向平台进行指向稳定控制。本发明解决了隔振指向平台控制精度和系统鲁棒性不能同时满足的问题，提升了指向精度和隔振带宽。

主权项：1.一种隔振指向平台模态解耦控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：a.确定隔振指向平台的设计要求，根据设计要求对构型进行设计优化，选择铰链类型及支腿致动器类型；b.根据选择的铰链类型及支腿致动器类型，确定隔振指向平台的构型参数以及设计参数；c.根据确定的构型参数及设计参数，推导得到隔振指向平台的动力学模型，从而确定广义质量阵Mq，广义刚度矩阵Kq，科氏力和离心力矩阵动坐标系到定坐标系的雅可比矩阵的转置JT，各个支腿的输出力fa；d.根据得到的隔振指向平台的动力学模型，通过无阻尼自由振动方程，计算模态转换矩阵Ψ，利用模态转换矩阵对广义质量矩阵、广义阻尼矩阵、广义刚度矩阵进行模态解耦；e.设计模态空间控制率，利用模态转换矩阵将复杂的相互耦合的多自由度系统进行模态解耦转换成单自由度系统，对于分别在模态空间设计指向控制率和隔振控制率达到隔振和精密指向特性，将所受到的扰动分为低频扰动区间Fa，中频扰动区间Fb和高频扰动区间Fc，利用指向来抵消低频扰动，利用主动隔振抵消中频扰动，利用被动隔振特性抵消高频扰动；f.对指向稳定控制进行综合设计，将指向和隔振控制进行结合得出最终控制力输出，对隔振指向平台进行指向稳定控制；其中：所述的步骤d具体包括：在不考虑系统阻尼的情况下，自由振动方程为： 存在非零解的充要条件为：|Kq-δ2Mq|＝0；为系统的固有频率，将系统的振动方程转化为特征方程：Kq-δ2Mqχ＝0；χ为特征方程的特征向量；针对第i阶和第j阶固有频率经过计算得： 当i≠j时，可以看出，质量矩阵Mq和刚度矩阵Kq与振动模态不同特征向量之间是正交的；当i＝j时，其中，λi和ηi分别为第i阶振动模态下的模态质量和模态刚度； 扩展至全阶模态情况下，ΨTMqΨ＝Mp；ΨTKqΨ＝Kp；其中，Ψ为模态解耦矩阵，Ψ＝[χ1，...，χ6]Mq为模态空间下质量矩阵，Mp＝diagλ1，…，λ6Kq为模态空间下刚度矩阵，Kp＝diagη1，…，η6采用比例阻尼形式解耦： 所述的步骤e包括：通过卡尔曼滤波器滤除中频扰动区间Fb的相关目标值，设计隔振控制律：5.1.1，测量物理空间下的位移x和速度5.1.2，引入模态坐标变换： 在模态方程两端乘以ΦT, 系统在模态坐标下的控制方程为: 提取模态坐标及其导数；5.1.3，确定各阶模态控制位移增益g与速度增益h，给定期望极点，与反馈系统的特征值做对比，得出控制系数5.1.4，将模态控制力转换至实际物理空间中的控制力：

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权利要求：

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