扰动抑制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种扰动抑制系统，包括：惯性参考单元，适用于测量在外界扰动信号的作用下惯性参考单元自身发生第一运动的第一角速度和激光光斑的转角；位置控制器适用于根据激光光斑的转角得到第二角速度，速度控制器适用于根据第二角速度和第一角速度生成第一驱动电压；扰动观测机构适用于通过第一端输入的第一驱动电压和通过第二端输入的第一角速度生成用于补偿第一驱动电压的补偿电压，以对外界扰动信号在惯性参考单元处产生的谐振进行补偿；驱动器，适用于根据第一驱动电压和补偿电压对惯性参考单元进行驱动，使惯性参考单元发生第二运动以抵消惯性参考单元在外界扰动信号的作用下发生的第一运动。号的作用下发生的第一运动。号的作用下发生的第一运动。

【技术实现步骤摘要】
扰动抑制系统


[0001]本专利技术涉及空间激光通信及伺服控制领域，特别涉及扰动抑制系统。

技术介绍

[0002]惯性参考单元(IRU，Inertial Reference Unit)，广泛应用于空间激光通信、对地观测、天文任务、航天器在轨测量等领域。在长距离激光通信时，惯性参考单元为高精度的视轴(LOS, the line of sight)指向系统提供一束相对于惯性空间稳定的参考光束。为满足机动化、深空化需求，相关研究已逐渐由固定于地面的系统，逐步扩展到各类运动平台。IRU的平台安装惯性传感器和小型激光器构成的光学系统，平台和基座之间通过柔性铰链进行链接，该柔性铰链固定在弹性支承上，四个音圈电机正交安装并作为执行器对平台进行推挽运动，如何让通过主动控制策略衰减来自载体运动产生的扰动，成为IRU的研究重点。
[0003]然而，由于惯性参考单元中采用的是柔性铰链机械结构，使得载体在通过柔性铰链的传递过程中产生低频谐振，谐振处的扰动增益远高于其附近频率，即产生等幅值的扰动，该扰动在谐振频率处的对系统精度的影响远远高于其他频率。但当前多闭环结构不具备对谐振频率处扰动的特殊处理，因此，在通过主动控制进行扰动抑制时，需要进一步考虑如何在保证中低频抑制水平的基础上，提高谐振频率处抑制能力，从而提高惯性参考单元整体的稳定水平。

技术实现思路

[0004]鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种扰动抑制系统，通过将扰动观测机构分别与速度控制器连接和惯性参考单元连接，在传统的“位置—速度”多闭环控制基础上，进一步增加了扰动观测机构，能够对外部扰动在惯性参考单元处产生的谐振进行补偿。
[0005]作为本专利技术的一个方面，提供了一种扰动抑制系统，包括：惯性参考单元，适用于测量在外界扰动信号的作用下惯性参考单元自身发生第一运动的第一角速度和激光光斑的转角；位置控制器和速度控制器，与惯性参考单元组成多闭环控制结构，位置控制器适用于根据激光光斑的转角得到第二角速度，速度控制器适用于根据第二角速度和第一角速度生成第一驱动电压；扰动观测机构，扰动观测机构通过第一端与速度控制器连接，通过第二端与惯性参考单元连接，扰动观测机构适用于通过第一端输入的第一驱动电压和通过第二端输入的第一角速度生成用于补偿第一驱动电压的补偿电压，以对外界扰动信号在惯性参考单元处产生的谐振进行补偿；驱动器，适用于根据第一驱动电压和补偿电压对惯性参考单元进行驱动，使惯性参考单元发生第二运动以抵消惯性参考单元在外界扰动信号的作用下发生的第一运动。
[0006]进一步地，扰动观测机构包括：
扰动观测器，适用于根据第一驱动电压以及第一角速度得到外界扰动信号的估计值；高通滤波器，适用于对外界扰动信号的估计值进行滤波，得到补偿电压。
[0007]进一步地，扰动观测器表示如下：
[0008]其中，u表示第一驱动电压，y表示第一角速度的大小，表示对外界扰动信号的估计值，ω
p
表示谐振的谐振频率，β
i
表示扰动观测器的待调增益，β
i
＞0，i为1、2、3或4，b0表示第一驱动电压的增益，表示对外界扰动信号估计的状态向量，表示外界扰动信号的估计值的状态向量，表示扰动观测器的状态向量，表示扰动观测器的状态向量的微分，和表示惯性参考单元的参数，表示第一角速度的大小的估计值。
[0009]进一步地，惯性参考单元包括：基座；音圈电机，安装于基座上；测量模块，安装于音圈电机上，适用于测量第一角速度和激光光斑的转角；其中，测量模块和基座之间通过柔性铰链连接，外界扰动信号自基座向测量模块传递以使测量模块产生第一运动，同时外界扰动信号在通过柔性铰链的传递过程中产生谐振。
[0010]进一步地，惯性参考单元发生第二运动产生第四角速度，第一驱动电压和补偿电压与惯性参考单元发生第二运动时产生的第四角速度之间满足驱动电压
‑
角速度的理论传递函数；理论传递函数的确定过程包括：确定惯性参考单元的初始传递函数；向驱动器施加混合频率的第二驱动电压并同时采集测量模块输出的第三角速度；根据第二驱动电压和第三角速度对初始传递函数的参数进行拟合，得到理论传递函数。
[0011]进一步地，在速度控制器和驱动器之间还设置有谐振补偿器，适用于对第一驱动电压中的目标频率进行抑制，并将频率抑制后的第一驱动电压输送至驱动器。
[0012]进一步地，测量模块包括：平台；微电子机械系统陀螺仪，安装于平台上，适用于对平台在外界扰动信号的作用下
产生的第一频率的角速度进行测量；基于磁流体动力学的角速度传感器，安装于平台上，适用于对平台在外界扰动信号的作用下产生的第二频率的角速度进行测量；其中，第一频率小于第二频率，第一角速度包括第一频率的角速度和第二频率的角速度。
[0013]进一步地，扰动抑制系统还包括传感融合器，适用于对第一频率角速度和第二频率角速度进行融合，得到第一角速度的信息。
[0014]进一步地，测量模块还包括：激光仪，安装于平台上，适用于发出激光；进一步地，测量模块还包括：电荷耦合器件，适用于对由激光得到的激光光斑进行探测，得到激光光斑的转角。
[0015]根据本专利技术的实施例，通过设置扰动观测机构，使得扰动观测机构根据第一驱动电压和第一角速度的信号生成用于补偿第一驱动电压的补偿电压，实现对外界扰动信号在惯性参考单元处产生的谐振进行补偿。
附图说明
[0016]图1示出了根据本专利技术实施例提供的扰动抑制系统的方框图；图2示出了根据本专利技术另一实施例提供的扰动抑制系统的方框图；图3示出了图1所示的扰动抑制系统的信号图；图4示出了根据本专利技术实施例提供的多种扰动抑制系统的惯性参考单元输出的角度曲线；图5示出了现有技术中的扰动抑制系统的多闭环结构的信号图。
[0017]附图标记说明1
‑
惯性参考单元；11
‑
基座；12
‑
音圈电机；13
‑
测量模块；131
‑
平台；132
‑
微电子机械系统陀螺仪；133
‑
基于磁流体动力学的角速度传感器；134
‑
激光仪；135
‑
电荷耦合器件；14
‑
柔性铰链；2
‑
驱动器；3
‑
位置控制器；4
‑
速度控制器；5
‑
扰动观测机构；51
‑
扰动观测器；52
‑
高通滤波器；
6
‑
谐振补偿器；7
‑
传感融合器。
具体实施方式
[0018]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。
[0019]图1示出了根据本专利技术实施例提供的扰动抑制系统的方框图。
[0020]如图1所示，扰动抑制系统包括右侧的模型结构和左侧的控制结构。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扰动抑制系统，其特征在于，包括：惯性参考单元，适用于测量在外界扰动信号的作用下所述惯性参考单元自身发生第一运动的第一角速度和激光光斑的转角；位置控制器和速度控制器，与所述惯性参考单元组成多闭环控制结构，所述位置控制器适用于根据所述激光光斑的转角得到第二角速度，所述速度控制器适用于根据所述第二角速度和所述第一角速度生成第一驱动电压；扰动观测机构，所述扰动观测机构通过第一端与所述速度控制器连接，通过第二端与所述惯性参考单元连接，所述扰动观测机构适用于通过所述第一端输入的所述第一驱动电压和通过所述第二端输入的所述第一角速度生成用于补偿所述第一驱动电压的补偿电压，以对所述外界扰动信号在所述惯性参考单元处产生的谐振进行补偿；驱动器，适用于根据所述第一驱动电压和所述补偿电压对所述惯性参考单元进行驱动，使所述惯性参考单元发生第二运动以抵消所述惯性参考单元在所述外界扰动信号的作用下发生的所述第一运动。2.根据权利要求1所述的扰动抑制系统，其特征在于，所述扰动观测机构包括：扰动观测器，适用于根据所述第一驱动电压以及所述第一角速度得到所述外界扰动信号的估计值；高通滤波器，适用于对所述外界扰动信号的估计值进行滤波，得到所述补偿电压。3.根据权利要求2所述的扰动抑制系统，其特征在于，所述扰动观测器表示如下：其中，u表示所述第一驱动电压，y表示所述第一角速度的大小，表示对所述外界扰动信号的估计值，ω
p
表示所述谐振的谐振频率，β
i
表示所述扰动观测器的待调增益，β
i
＞0，i为1、2、3或4，b0表示所述第一驱动电压的增益，表示对所述外界扰动信号估计的状态向量，表示所述外界扰动信号的估计值的状态向量，表示所述扰动观测器的状态向量，表示所述扰动观测器的状态向量的微分，和表示所述惯性参考单元的参数，表示所述第一角速度的大小的估计值。4.根据权利要求1所述的扰动抑制系统，其特征在于，所述惯性参考单元包括：基座；音圈电机，安装于所述基座上；测量模块，安装于所述音圈电机上，适用于测量所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李醒飞，王凡，拓卫晓，周政，赵坤，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：