[发明专利]具有正交构型的八支腿超静隔振平台及容错控制方法

权利要求书

1.一种具有正交构型的八支腿超静隔振平台，其特征在于包括下平台、上平台、8个音圈作动器；所述的下平台固连在空间站上，所述的上平台通过8个音圈作动器悬浮在下平台上；其中4个垂向音圈作动器沿Z轴方向在四个角处对称分布，另外4个侧向音圈作动器安装在上平台，沿XOY平面呈90°夹角安装；所有音圈作动器磁铁部分安装在上平台，4个侧向音圈作动器线圈部分通过三角块与下平台连接，4个垂向作动器线圈部分直接连接在下平台；每个音圈作动器配合安装一个弹簧，所述的弹簧安装在上下平台之间，进行约束限位；每个音圈作动器上同轴安装个1个加速度计，实时测量上平台载荷的加速度信息，音圈作动器和弹簧组成的8根支腿进行主被动隔振控制，以实现上平台的超静环境。

2.根据权利要求1所述的一种具有正交构型的八支腿超静隔振平台，其特征在于所述的8个音圈作动器与上平台交点坐标分别为：

8个音圈作动器与下平台交点坐标分别为：

其中，单位为m，以下平台的中心点为坐标原点。

3.一种对权利要求1所述的超静隔振平台实施的容错控制方法，其特征在于：首先通过加速度传感器的测量值以及音圈作动器的控制电压判断作动器是否发生故障；

当隔振平台正常工作时，利用支腿的坐标可以得到雅克比矩阵；将雅克比矩阵带入公式(3)中，可得M_p，都为对角矩阵，从而使隔振平台六个自由度之间解耦，可以分别对每个自由度进行控制来实现隔振要求；通过控制器的6路控制信号分别对隔振上平台六个自由度方向的加速度值进行控制，从而使每个自由度方向的加速度均达到目标值0；6路控制信号经过公式(4)得到8个作动器的控制信号从而对作动器进行驱动；8个加速度传感器测量得到的加速度值经过公式(4)可以计算出上平台六个自由度方向的加速度值，并反馈给控制器；根据公式(3)对隔振平台进行控制，通过调节6路控制信号参数K_pi，K_Ii，K_Di的值，将目标加速度值与反馈加速度值的偏差进行控制，驱动8个音圈作动器对隔振平台进行主动隔振控制；

所述的公式(3)：

式中，M_p为惯性矩阵，F为支腿的输出力矢量，C为作动器阻尼矩阵；K为作动器刚度矩阵；J_p和J_b分别是上平台和下平台的雅克比矩阵；x_p和x_b分别是上平台和下平台的广义坐标；δx_p和δx_b分别是上平台和下平台的广义坐标变化量；

所述的公式(4)：

式中，为上平台XYZ三个方向的速度、ω_p为上平台绕X、绕Y、绕Z三个方向的速度；

当某个作动器出现故障时，根据故障作动器的位置，将隔振平台的动力学模型进行重构，即将公式(7)中原来雅克比矩阵J_p1中与故障作动器位置相应的第[i₁,i₂,…,i_m]行元素全部置零，带入公式(6)，得到作动器故障情况下重构矩阵(6)；8个加速度传感器测量得到的加速度值经过公式(4)可以计算出作动器故障后上平台六个自由度方向的加速度值，并反馈给控制器；将公式(7)中雅克比矩阵J_p1带入公式(4)中替换J_p中得到新的公式(4)’，6路控制信号经过公式(4)’得到没有发生故障作动器的控制信号从而对未发生故障的作动器进行驱动；根据公式(6)对隔振平台进行控制，通过调节6路控制信号参数K_pi，K_Ii，K_Di的值，将目标加速度值与反馈加速度值的偏差进行控制，驱动未发生故障作动器对隔振平台进行主动隔振控制，使隔振上平台六个自由度方向的加速度值达到目标值；

所述的公式(7)：

所述的公式(6)：

4.根据权利要求3所述的容错控制方法，其特征在于作动器故障判定方法：当8个音圈作动器的控制电压均正常，某个加速度传感器的测量值出现漂移或始终为零，则可以判定与该加速度传感器同轴的音圈作动器发生故障。