[發明專利]基于經驗模態法的三軸氣浮臺質心智能調節方法

有效

• 申請號: 201410128664.6
• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN103869834A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 劉楊;李宗哲;付振憲;陳興林;周乃新;強盛;李欣;馬曄;陳震宇;王偉峰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

技術領域

本發明屬于地面全物理仿真領域，具體涉及一種三自由度氣浮仿真實驗平臺系統質心的調節方法。

背景技術

隨著人們對外太空的探索，將研制的衛星置于氣浮仿真平臺進行仿真測試，以此降低研究成本，提高衛星執行任務的成功率，已經成為研制發射衛星的必要步驟。三軸仿真平臺主要用于模擬飛行器等設備在某種環境下的姿態運動。控制技術和計算機技術的發展，以及新型材料的開發運用，使得仿真平臺體積變小，剛度加大，承載能力更高。此外科學技術的進步還使得仿真平臺的控制精度以及位資精度都有了極大的提高。因此，三軸氣浮臺將不再僅限于空間飛行器的實驗模擬，也逐漸適用于其他各種方向，如航海時的模擬訓練以及某些高精度，高成本的實驗設備在投入使用之前的仿真測試。

在氣浮臺中工作臺是氣浮臺的本體，它用來安裝姿態控制系統的測試部件。由于衛星在空間飛行時所須的驅動力矩很小，所以在進行地面模擬試驗時，必須將干擾力矩控制到很小的數值。當各項干擾力矩控制到規定數值后，工作臺便可浮在球軸承上在任意姿態角達隨遷平衡，以實現穩定，此時衛星就像飄浮在空間飛行軌道上一樣，再通過遙測、遙控裝置，姿控系統就可在模擬臺上進行各種試驗了。傳統人工調平費時費力，且往往達不到良好的調節效果。通過此調平機構，使旋轉中心與整體質心重合，研制出的工作臺具有很高的平衡精度，以滿足地面仿真實驗的使用要求。

公開號為CN1818601A的中國專利中提出了一種氣浮轉臺外加載荷質心調節裝置。其在保持載物平臺X-Y平面的水平動態平衡時，再進一步手動調整安裝在Z軸方向的扁圓柱型螺母上下移動，使質心與旋轉中心重合。但是上述裝置在進行質心調整時為人工操作，必然會引入較大誤差。

公開號為CN103292130A的中國專利中提出了一種應用線陣CCD測量載物平臺質心的方案。但是此裝置使用范圍較為局限，在較為惡劣的條件下影響光纖測量效果，另外各CCD線陣圖像獲取時間較長，測量效率較低；由于掃描運動及相應的位置反饋環節的存在，增加了系統復雜性和成本。另外圖像精度可能受掃描運動精度的影響而降低，最終影響測量精度。

另外文獻《三自由度氣浮臺自動平衡系統動力學建模》中所述，當今通常采用轉臺的動力學及運動學方程來描述臺體運動信息，繼而求解平臺質心以便后續調平。然而在調節過程中臺體會產生振蕩，角度、角速度傳感器測得的數據會有較大噪聲，對控制系統輸出何種指令會造成一定干擾，致使系統難以穩定。

發明內容

本發明是為了解決現有氣浮臺質心信調節方法的調節精度低，穩定性差的問題，提出了一種基于經驗模態法的三軸氣浮臺質心智能調節方法。

本發明所述基于經驗模態法的三軸氣浮臺質心智能調節方法，該方法的具體步驟為：

采用三組質心調節機構對三軸氣浮臺質心進行調節，每組質心調節機構包括電機和質量塊，電機用于帶動質量塊移動，三組質心調節機構均布并安裝在三軸氣浮臺載物平臺上，且每組質心調節機構均能夠上下移動；

步驟一、采用電子傾角儀測量三軸氣浮臺載物平臺的X軸方向的角度信息x(t)，執行步驟二；其中，t為時間；

步驟一二、采用電子傾角儀測量三軸氣浮臺載物平臺的Y軸方向的角度信息y(t)，執行步驟二二；

步驟一三、采用角加速度傳感器測量三軸氣浮臺載物平臺Z軸方向角度信息，并對Z軸方向角加速度信息進行二次積分，獲得Z軸方向的角度信息z(t)；執行步驟二三；

步驟二、采用經驗模態法對X軸方向的角度信息x(t)進行提取，獲得三軸氣浮臺載物平臺x軸方向的震蕩周期c_xn(t)；執行步驟三；其中，n為正整數；

步驟二二、采用經驗模態法對Y軸方向的角度信息y(t)進行提取，獲得三軸氣浮臺載物平臺y軸方向的震蕩周期c_yn(t)；執行步驟三；

步驟二三、采用經驗模態法對Z軸方向的角度信息z(t)進行提取，獲得三軸氣浮臺載物平臺z軸方向的震蕩周期c_zn(t)；執行步驟三；

步驟三、判斷三軸氣浮臺載物平臺X軸方向的震蕩周期c_xn(t)，y軸方向的震蕩周期c_yn(t)，是否均達到震蕩周期閾值A，如是則執行步驟四；

若三軸氣浮臺載物平臺的X軸方向的震蕩周期c_xn(t)未達到震蕩周期閾值A,則執行步驟五；

若三軸氣浮臺載物平臺的Y軸方向的震蕩周期c_yn(t)未達到震蕩周期閾值A,則執行步驟六；