[发明专利]一种用于南极天文设备运输的减振装置与方法有效

专利信息
申请号: 202110474898.6 申请日: 2021-04-29
公开(公告)号: CN113200083B 公开(公告)日: 2022-05-20
发明(设计)人: 杜福嘉;郭跃楠;黄康;王二朋 申请(专利权)人: 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所
主分类号: B62B15/00 分类号: B62B15/00;B62B17/00;B65D90/48;B65D90/00;B65D85/68
代理公司: 南京经纬专利商标代理有限公司 32200 代理人: 石艳红
地址: 210042 *** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 用于 南极 天文 设备 运输 装置 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。

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