[发明专利]一种悬吊漂浮物随动系统的加速度补偿控制方法及基于模式选择的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于悬吊漂浮物随动系统领域，涉及一种悬吊漂浮物随动系统的加速度补偿控制方法。

背景技术

悬吊法地面零重力环境模拟系统在航天员训练和航天器动力学研究中均有广泛的应用。该系统在竖直方向上悬吊某种能够主动进行水平移动的目标体，通过恒张力控制抵消目标体重力，实现零重力模拟。同时在水平方向上利用随动系统控制悬吊装置跟随目标体移动，并补偿悬吊装置对目标体水平方向运动所产生的影响。随动系统的控制性能决定了目标体模拟自身在空间中水平运动的精度，所以随动控制器的设计在悬吊漂浮物随动系统中有着重要的地位。

当前对于悬吊法水平随动系统控制算法的研究文献较少，中国科学技术大学于2006年发表的一篇名称为《三维重力补偿方法与空间浮游目标模拟实验装置研究》的博士论文，记载了利用转动臂和移动小车实现目标体的运动，该方法通过测量目标体应该具有的水平移动速度和路径，规划转动臂和移动小车的路径，使其牵引目标体按照规划路径运动，该方法严格说来并不是闭环控制，而是一种人为引导。同时，电机驱动悬吊随动系统的控制算法多将驱动力作为控制项，少有将随动系统运动速度或加速度作为控制项的。但是驱动力控制对应的电机转矩模式精度较差，而速度或加速度控制对应的电机转速模式精度较高，这就使得控制算法设计和实际工程应用之间产生了矛盾。

哈尔滨工业大学学报于2009年发表的一篇名称为《悬吊式重力补偿系统精密跟踪方法》的文章，针对悬吊系统随动控制问题，利用非线性规划给出了一种最优控制方法，该方法直接将随动系统运动的速度和加速度作为控制量，但是寻优过程复杂，该方法属于一种规划控制方法，不属于闭环控制，其只能适用于某种固定工况，在随动目标体改变期望运动时，该方法需要重新调整参数，使用不灵活，效果欠佳。

发明内容

本发明是为了解决传统方法针对悬吊漂浮物随动系统中的随动平台驱动控制器无法直接用于电机转速控制模式，以及现有悬吊漂浮物随动系统没有闭环的基于速度和加速度的控制方法的问题，现提供一种悬吊漂浮物随动系统的加速度补偿控制方法及基于模式选择的控制方法。

一种悬吊漂浮物随动系统的加速度补偿控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：设悬吊漂浮物随动系统中目标体水平面上两个相互垂直的方向分别为X和Y，建立悬吊漂浮物随动系统运动学和动力学方程；

步骤二：将α_x和α_y作为与比例系数结合的状态量，将θ_x和θ_y作为与微分系数结合的状态量，将∫α_x和∫α_y作为与积分系数结合的状态量，将和作为与加速度系数结合的状态量；

根据运动学和动力学方程获得电机在转速控制模式下基于速度和加速度的控制器：