[发明专利]一种用于南极天文设备运输的减振装置与方法

权利要求书

1.一种用于南极天文设备运输的减振方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、建立减振数学模型y(n)：在控制器内，通过系统辨识的方法，建立减振装置的数学模型y(n)；数学模型y(n)的输入值为待求解的所有作动器的控制量序列U，数学模型y(n)的输出值为天文设备位置信息序列Y′；其中，控制量序列U＝[u(k)、u(k+1)、…u(k+n)]，u(k)为当前k时刻作动器的位移变化控制量；u(k+1)为k+1时刻作动器的位移变化控制量；u(k+n)为k+n时刻作动器的位移变化控制量；n≥3；

天文设备位置信息序列Y′＝[y(k)、Y]，其中，y(k)为当前k时刻的天文设备位置信息；Y为天文设备位置信息的预测值序列；

步骤2，采集加速度信号：每个加速度传感器均按照设定的采样周期，采集对应作动器安装位置处的南极天文设备的加速度信号，并将采集的加速度信号传输至控制器；

步骤3、获得主动减振器的预测位置：将步骤2采集的所有加速度信号，转换形成为当前k时刻的天文设备位置信息y(k)；然后，将y(k)作为数学模型y(n)的部分输出值，将待求解的所有作动器的控制量序列U作为数学模型y(n)的输入值，代入步骤1建立的减振数学模型y(n)中，得到天文设备在X向和Z向的位置信息的预测值序列Y；其中，每个预测值序列Y均为关于控制量序列U的函数；每个预测值序列均为Y＝[y(k+1)、y(k+2)、…y(k+n)]，其中，y(k+1)表示k+1时刻的天文设备预测位置；y(k+2)表示k+2时刻的天文设备预测位置；y(k+n)表示k+n时刻的天文设备预测位置；

步骤4、评价预测位置：对南极天文设备在X向和Z向的预测位置，分别采用目标评价函数min J进行评价，其中，目标评价函数min J为：

其中，r为南极天文设备在X向或Z向的目标位置；y(k+i)为南极天文设备在k+i时刻X向或Z向的预测位置；其中，1≤i≤n；

步骤5、求解最优控制量：采用梯度下降法对步骤4中的目标评价函数min J进行求解，得到最优的控制量序列U；然后，将最优控制量序列U中第一个位移变化控制量u(k)作为实际控制量；其中，u(k)包括X向控制量和Z向控制量；

步骤6、计算前馈量，具体包括如下步骤：

步骤61、采集风速信号：使用风速计按照设定的采样周期，采集运输车体在当前k时刻行驶时的风速信号，并将风速信号传递给控制器；

步骤62、计算风力值F：控制器根据步骤61提供的风速信号，计算运输车体在当前k时刻行驶时所受到的风力值F；接着，将风力值F分解为X、Y和Z三个方向的分风力值；

步骤63、计算前馈量：前馈量包括X向前馈量和Z向前馈量；将步骤62得到的X向分风力值，换算为运输车体在X向位移变化的X向前馈量；将步骤62得到的Z向分风力值，换算为运输车体在Z向位移变化的Z向前馈量；

步骤7、计算u(k)′：在X向，将步骤5中的X向控制量与步骤6中的X向前馈量相加，得到X向作动器的位移控制量u(k)′；将步骤5中的Z向控制量与步骤6中的Z向前馈量相加，得到Z向作动器的位移控制量u(k)′；

步骤8、作动器动作：控制器将步骤7计算的u(k)′传输给对应的驱动器，驱动器指令对应作动器动作；

步骤9、重复步骤1至步骤8，实现南极天文设备的连续减振运输。

2.根据权利要求1所述的用于南极天文设备运输的减振方法，其特征在于：步骤1中减振数学模型y(n)的建立方法，包括如下步骤：

步骤11、计算控制器的输出正弦扫频信号v，具体计算公式为：

v＝0.1*sin(2πft)

式中，f为控制器的输出扫频频率，t为系统辨识时间；

步骤12、控制器将步骤11计算的输出正弦扫频信号v给驱动器，驱动器驱动作动器动作；同时，控制器采集加速度传感器提供的加速度信号a；

步骤13、以输出扫频频率f为横坐标，以加速度信号a转换的位置信息和输出正弦扫频信号v的比值为纵坐标，建立减振装置的伯德图；

步骤14、根据步骤13建立的伯德图，通过最小二乘曲线拟合的方式建立整个减振装置的传递函数G(s)；

步骤15、根据传递函数G(s)建立减振数学模型y(n)，y(n)为差分方程。