[發(fā)明專利]一種多自由度靜電懸浮系統(tǒng)幾何對(duì)稱性逼近方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711457471.5
• 申請(qǐng)日: 2017-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN108415244B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范達(dá);賈海鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)空間技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

1.一種基于迭代調(diào)節(jié)的多自由度靜電懸浮系統(tǒng)幾何對(duì)稱性逼近方法，其特征在于：將平動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)多自由度系統(tǒng)視為多個(gè)獨(dú)立平動(dòng)自由度，并對(duì)所述多個(gè)獨(dú)立平動(dòng)自由度對(duì)稱性進(jìn)行循環(huán)迭代調(diào)節(jié)，步驟如下：

步驟S1：初始位置檢測(cè)：用變預(yù)載電壓方法檢測(cè)各個(gè)平動(dòng)自由度的當(dāng)前閉環(huán)位置對(duì)稱性；

步驟S2：綜合對(duì)稱性判斷：如果由步驟S1檢測(cè)出來的各個(gè)平動(dòng)自由度的閉環(huán)位置對(duì)稱性均小于預(yù)設(shè)的非對(duì)稱性閾值，則表明多自由度靜電懸浮系統(tǒng)已經(jīng)對(duì)稱，調(diào)節(jié)結(jié)束，否則選取其中一個(gè)平動(dòng)自由度通道，進(jìn)入步驟S3；

步驟S3：?jiǎn)巫杂啥鹊膶?duì)稱反饋指示電壓計(jì)算：根據(jù)當(dāng)前所選擇的平動(dòng)自由度通道的閉環(huán)位置對(duì)稱性，計(jì)算多自由度靜電懸浮系統(tǒng)對(duì)稱條件下該平動(dòng)自由度通道的反饋指示電壓，作為當(dāng)前平動(dòng)自由度的對(duì)稱反饋指示電壓；

步驟S4：?jiǎn)巫杂啥葘?duì)稱性調(diào)節(jié)：根據(jù)步驟S3所得的當(dāng)前平動(dòng)自由度的對(duì)稱反饋指示電壓，調(diào)節(jié)此平動(dòng)自由度通道相應(yīng)的閉環(huán)點(diǎn)控制電壓，使其反饋電壓調(diào)節(jié)到該平動(dòng)自由度的對(duì)稱反饋指示電壓；

調(diào)節(jié)平動(dòng)自由度通道相應(yīng)的閉環(huán)點(diǎn)控制電壓的具體方法為在每個(gè)控制周期循環(huán)執(zhí)行如下步驟：

(S41)、判斷當(dāng)前反饋電壓與對(duì)稱反饋指示電壓V_{b_calculation}之差的絕對(duì)值是否小于預(yù)設(shè)的反饋電壓的調(diào)節(jié)精度，小于，則結(jié)束調(diào)節(jié)過程，大于，則進(jìn)入步驟(S42)；

(S42)、根據(jù)預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)dV_adjust、調(diào)節(jié)方向Direction，當(dāng)前閉環(huán)點(diǎn)控制電壓，更新閉環(huán)點(diǎn)控制電壓V_adjutst；

(S43)、獲取更新閉環(huán)點(diǎn)控制電壓前后反饋電壓的變化值dV_b，當(dāng)反饋電壓變化值dV_b小于預(yù)設(shè)的門限時(shí)，認(rèn)為調(diào)節(jié)步長(zhǎng)偏小，將調(diào)節(jié)步長(zhǎng)加倍，按照加倍后的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)，重新更新閉環(huán)點(diǎn)控制電壓V_adjutst，進(jìn)入步驟(S44)；否則，直接進(jìn)入步驟(S45)；

(S44)、判斷當(dāng)前周期反饋電壓V_b與對(duì)稱反饋指示電壓V_{b_calculation}之差與上一個(gè)控制周期的反饋電壓V_b與對(duì)稱反饋指示電壓V_{b_calculation}之差是否同向，如果同向，則進(jìn)入步驟(S45)，否則，進(jìn)入步驟(S46)；

(S45)、判斷當(dāng)前周期反饋電壓與上一個(gè)周期反饋電壓，哪一個(gè)更加接近對(duì)稱反饋指示電壓V_{b_calculation}，如果是上一個(gè)周期反饋電壓更加接近對(duì)稱反饋指示電壓V_{b_calculation}，則變更調(diào)節(jié)方向?yàn)橄喾吹姆较颍却乱粋€(gè)周期到來時(shí)，回到步驟(S41)；否則，等待下一個(gè)周期到來時(shí)，回到步驟(S41)；

(S46)、恢復(fù)閉環(huán)點(diǎn)控制電壓V_adjutst至本控制周期調(diào)節(jié)之前的值，并將調(diào)節(jié)長(zhǎng)減半，等待下一個(gè)周期到來時(shí)，回到步驟(S41)；

步驟S5：切換另一個(gè)平動(dòng)自由度通道為當(dāng)前平動(dòng)自由度通道，采用變預(yù)載電壓方法檢測(cè)當(dāng)前平動(dòng)自由度通道的閉環(huán)位置的對(duì)稱性，重復(fù)上述步驟S3～步驟S5，使全部平動(dòng)自由度能逐步逼近對(duì)稱位置，直到遍歷完所有平動(dòng)自由度通道之后，跳轉(zhuǎn)到步驟S1。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于迭代調(diào)節(jié)的多自由度靜電懸浮系統(tǒng)幾何對(duì)稱性逼近方法，其特征在于：所述預(yù)設(shè)的非對(duì)稱性閾值選取范圍為：0.0001～0.001。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于迭代調(diào)節(jié)的多自由度靜電懸浮系統(tǒng)幾何對(duì)稱性逼近方法，其特征在于：所述多自由度靜電懸浮系統(tǒng)為基于差分電容形式的靜電懸浮系統(tǒng)，所述平動(dòng)自由度通道的閉環(huán)位置對(duì)稱性采用懸浮體的相對(duì)位置表示，所述懸浮體的相對(duì)位置為懸浮體偏離中心位置的位移y與標(biāo)稱的懸浮體與電容之間間隙d₀之比，所述標(biāo)稱的懸浮體與電容之間間隙d₀為多自由度靜電懸浮系統(tǒng)對(duì)稱條件下懸浮體與電容之間間隙。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于迭代調(diào)節(jié)的多自由度靜電懸浮系統(tǒng)幾何對(duì)稱性逼近方法，其特征在于：所述當(dāng)前平動(dòng)自由度的對(duì)稱反饋指示電壓V_{b_calculation}通過解算下列方程得到：

式中，m為懸浮體質(zhì)量，a為懸浮體加速度，ε_r為相對(duì)介電常數(shù)，ε₀為真空中的介電常數(shù)8.85×10^-12F/m，A為靜電懸浮系統(tǒng)自由度通道電容極板有效面積，V_seff為高頻交流激勵(lì)電壓有效值，V_r2為變化后的預(yù)載電壓值。