[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

一種用于冷原子重力儀主動隔振系統的控制方法，通過將冷原子重力儀主動隔振系統中，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，并采用魯棒反演抗干擾法設計冷原子重力儀主動隔振的控制器u，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，且隔振的頻率范圍為0.1?10Hz，從而提高冷原子重力儀主動隔振系統的控制精度。

技術領域

本發明涉及冷原子重力儀主動隔振技術領域，特別涉及一種用于冷原子重力儀主動隔振系統的控制方法。

背景技術

冷原子重力儀是近二十年來快速發展起來的一種新型量子傳感器，它利用激光冷卻、原子干涉等技術實現高精度、高靈敏度的重力加速度測量。目前，冷原子重力儀的測量精度已經達到微伽，可用于礦產資源勘探、地質構造研究、油氣普查、科學領域普識性常量確定、物質間引力等精密工程測量領域。

在實際測量中，原子重力測量的精度受到如地面振動噪聲、拉曼光相位噪聲和探測噪聲等影響，其中振動噪聲是影響原子重力儀最重要的因素。目前商用被動隔振平臺的自振頻率最小可以調至0.5Hz，可以用來隔離10Hz以上的地面振動對于原子重力儀的影響，但是原子重力儀對于0.1-10Hz振動更敏感，所以單純的被動隔振平臺無法滿足原子重力儀的隔振要求。雖然整個被動隔振平臺的自振頻率可以調節，但是自振頻率調節過低，整個系統會呈現非線性效應，在被動隔振自振頻率附近的地面振動不但沒有得到抑制，反而在原有的振動基礎上變大了，所以需要引入主動隔振系統對這一頻段的振動加以抑制。但是主動隔振系統受到大量不確定因素影響，并且目前的控制方法沒有考慮地面振動等外界擾動的隨機性和模型的不確定性。

發明內容

基于此，本發明的目的是提供一種用于冷原子重力儀主動隔振系統的控制方法，以提高控制精度。

一種用于冷原子重力儀主動隔振系統的控制方法，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：

步驟S30，根據位移信號x₁和振動位置的設定值x_d為零，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：