[發明專利]一種用于冷原子重力儀主動隔振系統的控制方法

有效

• 申請號: 202110019727.4
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112835294B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 羅東云;劉理;張波;蔡苗苗;彭輝
• 申請（專利權）人: 九江學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G01V7/02
• 代理公司: 深圳國聯專利代理事務所(特殊普通合伙) 44465
• 代理人: 晏達峰

1.一種用于冷原子重力儀主動隔振系統的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S10，建立冷原子重力儀主動隔振系統中隔振對象的機械運動方程和狀態方程，其中，

機械運動方程為：

其中，x₁為冷原子重力儀隔振對象的位移信號，ξ₀為隔振系統自然阻尼系數，ω₀為隔振系統自振頻率，k(t)為地面振動干擾，

被控對象的狀態方程為：

其中，x₂為冷原子重力儀隔振對象的速度信號，m為隔振對象的質量，u為冷原子重力儀主動隔振的控制器，K_VC為電壓控制電流源增益，Y_VC為音圈電機的輸入電流與輸出電磁力之比例系數；

步驟S20，分析地面振動的隨機性，和冷原子重力儀主動隔振系統中不確定性因素的來源，將地面振動的隨機性和狀態方程中的不確定性因素歸類為變化因素，以與狀態方程中的確定性因素進行分離，分別形成確定性方程z₁和不確定性方程z₂，其中，

確定性方程z₁為：

不確定性方程z₂為：

Δω₀為隔振系統自振頻率的變化；

步驟S30，根據冷原子重力儀隔振對象的振動位置的設定值x_d為零和冷原子重力儀隔振對象的位移信號x₁，定義Lyapunov函數V₂、以及Lyapunov函數V₂中的切換函數s，并得到Lyapunov函數的導數其中，

Lyapunov函數V₂為：

V₂＝1/2(x₁-x_d)²+1/2s²，

切換函數s為：

其中，c₁為比例系數，k₁為比例系數，k₁＞0，(c₁+k₁)＞0，

Lyapunov函數的導數為，

步驟S40，通過魯棒反演抗干擾方法設計冷原子重力儀主動隔振的控制器u，以得到簡化后的Lyapunov函數的導數根據LaSalle不變性原理以使冷原子重力儀主動隔振系統的振動速度和振動位移迅速收斂為零，其中，

冷原子重力儀主動隔振的控制器u為：

其中，l和α為正的常數，為不確定性方程z₂的最大值，

簡化后的Lyapunov函數的導數為：

2.根據權利要求1所述的用于冷原子重力儀主動隔振系統的控制方法，其特征在于，所述根據LaSalle不變性原理以使冷原子重力儀主動隔振系統的振動速度和振動位移迅速收斂為零的步驟具體包括：

定義正定的變換矩陣Q，以確保Lyapunov函數的導數其中，

變換矩陣Q為：

則Lyapunov函數的導數為：

根據LaSalle不變性原理，當取Lyapunov函數的導數時，則冷原子重力儀隔振對象的位移信號x₁→x_d，冷原子重力儀隔振對象的速度信號即冷原子重力儀主動隔振系統的振動速度和振動位移迅速收斂為零。

3.根據權利要求2所述的用于冷原子重力儀主動隔振系統的控制方法，其特征在于，定義F(t)＝3sin(2πft),x_d＝0,其中，f為外界振動頻率，當外界振動頻率f取值為0.1HZ，1HZ或10HZ時，根據冷原子重力儀主動隔振的控制器u，使得冷原子重力儀隔振對象的位移信號x₁均為x₁→x_d，冷原子重力儀隔振對象的速度信號均為