[發明專利]一種撓性航天器的自適應反步滑模主動隔振控制方法

在審

• 申請號: 201810870931.5
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN108828953A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 吳愛國;梁康;董瑞琦;張穎
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 深圳市添源知識產權代理事務所(普通合伙) 44451
• 代理人: 羅志偉

1.一種撓性航天器的自適應反步滑模主動隔振控制方法，其特征在于：采用牛頓-歐拉方法來表示Stewart隔振平臺的動力學方程，采用音圈電機作為執行器，給出了解耦后的Stewart隔振平臺的動力學方程；然后將反步法和滑?？刂平Y合，設計出反步滑?？刂破?，并針對外界擾動上界未知的情況，利用自適應控制的特點，在主動隔振控制中加上自適應控制，設計出自適應反步滑模控制器；

建立由牛頓-歐拉方法描述的Stewart平臺的動力學方程和音圈電機作為執行機構的動力學方程如下：

其中M,B,K∈R^6×6分別表示的是慣性矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣，表示的是向心力和柯氏加速度向量，Δ_s∈R⁶表示模型的不確定性，包括參數不確定性、未建模動態等，τ∈R⁶表示由6個支桿產生的廣義驅動力，w_s∈R⁶表示由外部干擾引起的干擾向量，是上平臺的廣義位置向量，m為載荷的質量，I₃為三階的單位矩陣，I∈R^3×3為轉動慣量矩陣，J∈R^6×6為雅克比矩陣，M_s＝diag([m₁,m₂,m₃,m₄,m₅,m₆]),m_i(i＝1,…,6)為可動支桿的質量，b_i(i＝1,…,6)是支桿的阻尼系數，k_i(i＝1,…,6)是支桿的剛度系數，f_m∈R⁶是每個支桿產生的驅動力，K_m＝diag([k_m1,k_m2,k_m3,k_m4,k_m5,k_m6])，k_mi(i＝1,…,6)為音圈電機的力矩系數，i_m＝[i₁,i₂,i₃,i₄,i₅,i₆]^T，i_j(j＝1,…,6)為線圈的電流強度，L＝diag([l_m1,l_m2,l_m3,l_m4,l_m5,l_m6])，l_mi(i＝1,…,6)表示的是電感系數，Δ_m∈R⁶表示音圈電機的不確定性，R_m＝diag([r_m1,r_m2,r_m3,r_m4,r_m5,r_m6])，r_mi(i＝1,…,6)表示直流電機的電阻，K_e＝diag([k_e1,k_e2,k_e3,k_e4,k_e5,k_e6])，k_ei(i＝1,…,6)表示反電動勢，w_m∈R⁶表示由外部振動引起的干擾向量，將會影響執行機構的性能，u＝[u₁,u₂,u₃,u₄,u₅,u₆]^T，u_i(i＝1,…，6)表示控制電壓；

對Stewart平臺的動力學方程進行解耦，Stewart隔振平臺的實際工作空間很小，與平臺位置相關的參數不變，Stewart平臺的各個支桿的參數是相同的，解耦得到的單輸入單輸出的動力學方程的一般形式為：

其中，ψ∈R是狀態變量，c₁,c₂,c₃∈R是由化簡而得的系數，δ_ψ∈R是系統的不確定性，w_ψ∈R是外界作用在這個通道的振動，v_ψ∈R是控制輸入；

定義隔振誤差項e，e＝ψ-ψ_d，因此，其中，ψ_d、和分別代表的是上平臺期望的位置、速度和加速度值；

根據隔振的實際要求，因此式解耦后的動力學方程被寫為：

令因上式寫成狀態空間表達式形式：

其中，d＝w_ψ-δ_ψ，y∈R是位置輸出量；

在外界擾動上界未知的情況下，設計的滑模面如下：

s＝a₁z₁+a₂z₂+z₃

設計的自適應反步滑?？刂坡扇缦拢?/p>

其中，k₁,k₂,k₃,τ,γ,β₁,β₂,β₃,ρ₁,ρ₂均為控制器設計參數，都是大于0常數。