[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

说明书

本发明涉及一种具有正交构型的八支腿超静隔振平台及容错控制方法，属于空间站光学载荷主动隔振控制领域。本发明对八支腿超静平台的可靠性设计问题进行了初步研究，设计的正交解耦构型从结构上解除耦合的影响，便于控制器的设计。研究了作动器发生故障的情况，并分析了故障模式，搭建了重构模型。研究的容错控制方法能够提高隔振平台在作动器发生故障时的可靠性。

技术领域

本发明属于空间站光学载荷主动隔振控制领域，具体涉及一种具有正交构型的八支腿超静隔振平台及容错控制方法。

背景技术

目前在空间站开展科学实验要求空间站具有极高的微振动环境，尤其是对于振动极为敏感的光电设备科学实验，需要μg量级微振动水平。然而由于宇航员活动、风扇、制冷机等各种扰动源的存在，使得空间站微振动环境问题突出。

空间站的光学仪器对低频振动较为敏感，传统被动隔振是在振源和被控对象间加入刚性元件和阻尼元件，通过将阻尼元件两端相对运动的机械能量转化成其他形式的能量消耗或储存，并利用刚性元件转移共振频率至激励低能量频段，以隔离高频扰动，降低外激励作用下被控对象的响应，达到减振的目的。然而传统被动隔振主要隔离被控对象的高频振动，对低频微振动的抑制不明显。因此，采用纯被动隔振技术隔离航天器低频振动仍然是一个挑战。因此，随着航空航天领域高精度设备的应用，传统的被动隔振方法已不能满足要求。为了抑制低频区域的微振动，许多研究人员致力于研究超静主动隔振平台，从而满足超静微振动环境的性能要求。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决隔振平台作动器发生故障对隔振性能产生的影响，特别是抑制低频振动，本发明提出一种具有正交构型的八支腿超静隔振平台及容错控制方法。

技术方案

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。

本发明技术方案更进一步的说：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。

一种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)：