[發(fā)明專利]具有正交構(gòu)型的八支腿超靜隔振平臺及容錯控制方法

在審

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• 申請日: 2021-03-21
• 公開（公告）號: CN113093535A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉磊;馬超;李青
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;F16F15/04
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發(fā)明涉及一種具有正交構(gòu)型的八支腿超靜隔振平臺及容錯控制方法，屬于空間站光學(xué)載荷主動隔振控制領(lǐng)域。本發(fā)明對八支腿超靜平臺的可靠性設(shè)計問題進行了初步研究，設(shè)計的正交解耦構(gòu)型從結(jié)構(gòu)上解除耦合的影響，便于控制器的設(shè)計。研究了作動器發(fā)生故障的情況，并分析了故障模式，搭建了重構(gòu)模型。研究的容錯控制方法能夠提高隔振平臺在作動器發(fā)生故障時的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間站光學(xué)載荷主動隔振控制領(lǐng)域，具體涉及一種具有正交構(gòu)型的八支腿超靜隔振平臺及容錯控制方法。

背景技術(shù)

目前在空間站開展科學(xué)實驗要求空間站具有極高的微振動環(huán)境，尤其是對于振動極為敏感的光電設(shè)備科學(xué)實驗，需要μg量級微振動水平。然而由于宇航員活動、風(fēng)扇、制冷機等各種擾動源的存在，使得空間站微振動環(huán)境問題突出。

空間站的光學(xué)儀器對低頻振動較為敏感，傳統(tǒng)被動隔振是在振源和被控對象間加入剛性元件和阻尼元件，通過將阻尼元件兩端相對運動的機械能量轉(zhuǎn)化成其他形式的能量消耗或儲存，并利用剛性元件轉(zhuǎn)移共振頻率至激勵低能量頻段，以隔離高頻擾動，降低外激勵作用下被控對象的響應(yīng)，達到減振的目的。然而傳統(tǒng)被動隔振主要隔離被控對象的高頻振動，對低頻微振動的抑制不明顯。因此，采用純被動隔振技術(shù)隔離航天器低頻振動仍然是一個挑戰(zhàn)。因此，隨著航空航天領(lǐng)域高精度設(shè)備的應(yīng)用，傳統(tǒng)的被動隔振方法已不能滿足要求。為了抑制低頻區(qū)域的微振動，許多研究人員致力于研究超靜主動隔振平臺，從而滿足超靜微振動環(huán)境的性能要求。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了解決隔振平臺作動器發(fā)生故障對隔振性能產(chǎn)生的影響，特別是抑制低頻振動，本發(fā)明提出一種具有正交構(gòu)型的八支腿超靜隔振平臺及容錯控制方法。

技術(shù)方案

一種具有正交構(gòu)型的八支腿超靜隔振平臺，其特征在于包括下平臺、上平臺、8個音圈作動器；所述的下平臺固連在空間站上，所述的上平臺通過8個音圈作動器懸浮在下平臺上；其中4個垂向音圈作動器沿Z軸方向在四個角處對稱分布，另外4個側(cè)向音圈作動器安裝在上平臺，沿XOY平面呈90°夾角安裝；所有音圈作動器磁鐵部分安裝在上平臺，4個側(cè)向音圈作動器線圈部分通過三角塊與下平臺連接，4個垂向作動器線圈部分直接連接在下平臺；每個音圈作動器配合安裝一個彈簧，所述的彈簧安裝在上下平臺之間，進行約束限位；每個音圈作動器上同軸安裝個1個加速度計，實時測量上平臺載荷的加速度信息，音圈作動器和彈簧組成的8根支腿進行主被動隔振控制，以實現(xiàn)上平臺的超靜環(huán)境。

本發(fā)明技術(shù)方案更進一步的說：所述的8個音圈作動器與上平臺交點坐標(biāo)分別為：

8個音圈作動器與下平臺交點坐標(biāo)分別為：

其中，單位為m，以下平臺的中心點為坐標(biāo)原點。

一種超靜隔振平臺實施的容錯控制方法，其特征在于：首先通過加速度傳感器的測量值以及音圈作動器的控制電壓判斷作動器是否發(fā)生故障；

當(dāng)隔振平臺正常工作時，利用支腿的坐標(biāo)可以得到雅克比矩陣；將雅克比矩陣帶入公式(3)中，可得M_p，都為對角矩陣，從而使隔振平臺六個自由度之間解耦，可以分別對每個自由度進行控制來實現(xiàn)隔振要求；通過控制器的6路控制信號分別對隔振上平臺六個自由度方向的加速度值進行控制，從而使每個自由度方向的加速度均達到目標(biāo)值0；6路控制信號經(jīng)過公式(4)得到8個作動器的控制信號從而對作動器進行驅(qū)動；8個加速度傳感器測量得到的加速度值經(jīng)過公式(4)可以計算出上平臺六個自由度方向的加速度值，并反饋給控制器；根據(jù)公式(3)對隔振平臺進行控制，通過調(diào)節(jié)6路控制信號參數(shù)K_pi，K_Ii，K_Di的值，將目標(biāo)加速度值與反饋加速度值的偏差進行控制，驅(qū)動8個音圈作動器對隔振平臺進行主動隔振控制；

所述的公式(3)：