【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及振动控制，特别是涉及一种分离式隔振指向平台碰撞规避方法。
技术介绍
1、近年来，深空激光通信、天基天文探测、高分辨率地球观测等先进空间任务对有效载荷安装平台的稳定度和指向精度提出了极高的要求。通过在星本体和有效载荷之间安装分离式隔振指向平台，可以显著提高有效载荷的性能指标。分离式隔振指向平台兼具扰动隔离、振动主动控制和主动指向调节等功能，在对有效载荷安装平台有较高稳定度和指向精度要求的场景中得到了广泛应用。
2、分离式隔振指向平台结构上主要包括用于安装有效载荷的上平台、与星本体连接的下平台以及多个并联的隔振支腿，工作时通过隔振支腿的执行机构输出高精度的控制力矩到上平台，满足有效载荷的超静指向需求。分离式隔振指向平台使用音圈作动器作为非接触式软执行机构，避免了在上平台、下平台间引入机械连接，切断了从下平台到上平台的微振动传递路径，上平台理论上可从零频起隔离下平台的微振动，满足先进空间任务中有效载荷对超低频、宽频带微振动的高效隔离需求。
3、由于分离式隔振指向平台的上、下平台处于受限的近距离相对运动状态，在飞轮卸载、解锁释放等相对运动较大的工况下，存在音圈作动器碰撞风险增加的问题。接触碰撞不仅会导致上平台的控制稳定度急剧下降，而且碰撞产生的冲击振动可能超出有效载荷的许可范围，从而导致有效载荷工作性能下降、使用寿命减少。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种分离式隔振指向平台碰撞规避方法解决了现有分离式隔振指向平台的上平台
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种分离式隔振指向平台碰撞规避方法，包括以下步骤：
3、s1：对分离式隔振指向平台的上平台和下平台分别进行动力学建模，获得上平台动力学模型和下平台动力学模型；
4、s2：建立音圈作动器轴向运动与上平台和下平台位姿运动之间的关系，并确定音圈作动器碰撞发生条件；
5、s3：基于上平台动力学模型、下平台动力学模型和两平台当前运动状态，预测上平台和下平台的运动；
6、s4：基于预测结果和音圈作动器碰撞发生条件，在预测域内建立优化目标和约束条件，将两平台碰撞规避问题转化为优化问题并进行求解，获得当前时刻最优控制增量；
7、s5：利用音圈作动器基于当前时刻最优控制增量输出实际控制力，对上平台姿态角进行控制；
8、s6：基于控制后的上平台姿态角，判断当前上平台指向精度和稳定度是否达到指定要求，如果否，则在下一个时间采样点重复进行上述步骤s3～s5，如果是，则完成分离式隔振指向平台碰撞规避。
9、进一步地，s1中上平台动力学模型为：
10、
11、其中，mp和ip分别为上平台质量矩阵和转动惯量矩阵，vp和ωp分别为上平台质心速度和姿态角速度，fdp和tdp分别为相对于上平台质心的扰动力和扰动力矩，fup和tdp分别为施加上平台的控制力和力矩，t为时间。
12、进一步地，其中，ms和is分别为下平台质量矩阵和转动惯量矩阵，vs和ωs分别为下平台质心速度和姿态角速度，fds和tds分别为施加到下平台的扰动力和扰动力矩，fus和tds分别为施加下平台的控制力和力矩。
13、进一步地，s2中音圈作动器轴向运动与上平台和下平台位姿运动之间的关系为：
14、所述音圈作动器轴向相对运动速度与两平台的质心运动速度和姿态角速度的关系为：
15、
16、其中，为沿音圈作动器轴向的相对运动速度，jp和js分别为音圈作动器在上平台和下平台的安装雅可比矩阵，rp和rs分别为上平台和下平台本体坐标到惯性坐标的坐标转换矩阵，ωp和ωs分别为上平台和下平台的姿态角速度，上标.表示一阶导数。
17、进一步地，s2中确定音圈作动器碰撞发生条件为：
18、
19、其中，|δli|为音圈作动器相对可移动范围中点的运动位移，ls为音圈作动器动子总可运动行程。
20、进一步地，s3中预测上平台和下平台的运动，公式为：
21、从t+1时刻到t+n时刻，对上平台运动状态的预测表示为：
22、
23、其中，n为离散时间点数，xt+1t,xt+2t,…,xt+nt分别为预测得到从t+1时刻到t+n时刻上平台的运动状态，p表示上平台，cd和ad为上平台的状态空间下系统矩阵，为t时刻上平台位置和质心速度，bu为控制输入矩阵，du为控制力和控制力矩，bdv为外部扰动输入矩阵，dd为扰动力和扰动力矩，b0为上平台控制输入系数矩阵，分别为nc个控制增量，ds为下平台扰动输入系数矩阵，分别为从t时刻到t+n-1时刻的下平台位置和质心速度，bds为下平台扰动输入矩阵，i为时刻；
24、从t+1时刻到t+n时刻，对下平台运动状态的预测表示为：
25、
26、其中，as为下平台的状态空间下系统矩阵，ut-1t为t-1时刻的控制输出量，m为下平台控制输入系数矩阵，分别为作用于下平台的nc个控制增量。
27、进一步地，s4中优化目标包括分离式隔振指向平台上平台的指向控制误差和音圈作动器的控制电压；
28、所述约束条件包括两平台间的碰撞规避。
29、进一步地，s4中优化问题的计算公式为：
30、
31、s.t.δumin≤δui≤δumax,i＝0,…,nm-1
32、δlmin≤δli≤δlmax,i＝0,…,n
33、其中，δu(t)为t时刻的控制输出增量，t为矩阵的转置，j为优化目标函数，w1和w2分别为指向性能和控制电压的优化权系数矩阵，y(·)为对上平台位置姿态的预测，r(·)为上平台参考指向，δui为i时刻控制增量，δumin为控制增量最小值，δumax为控制增量最大值，nm为控制时间点数，δli为音圈作动器的相对运动位移，δlmin为音圈作动器位移量最小值，δlmax为音圈作动器位移量最大值。
34、进一步地，s5中利用音圈作动器基于当前时刻最优控制增量输出实际控制力，公式为：
35、
36、其中，为t时刻的实际控制输出，为t-1时刻的实际控制输出。
37、本专利技术的有益效果是：本专利技术专利所提出的基于模型预测的分离式隔振指向平台碰撞规避方法，通过对各平台运动状态进行预测，优化求解得到音圈作动器的控制输出量，确保上平台能保持高精度指向的同时避免音圈作动器碰撞的发生，提高了上平台、下平台之间的碰撞规避能力，拓展了其在强扰动条件下的应用范围，为工程实践中分离式隔振指向平台的两平台碰撞规避提供一种技术途径。
38、本专利技术采用模型预测控制策略，能够精准预测平台运动状态，并通过优化求解得到最优控制输出，确保上平台在规避碰撞的同时保持高精度指向，满足各种复杂工况下的指向精度要求本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种分离式隔振指向平台碰撞规避方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的分离式隔振指向平台碰撞规避方法，其特征在于，所述S1中上平台动力学模型为：
3.根据权利要求2所述的分离式隔振指向平台碰撞规避方法，其特征在于，所述S1中下平台动力学模型为：
4.根据权利要求1所述的分离式隔振指向平台碰撞规避方法，其特征在于，所述S2中音圈作动器(3)轴向运动与上平台(1)和下平台(2)位姿运动之间的关系为：
5.根据权利要求1所述的分离式隔振指向平台碰撞规避方法，其特征在于，所述S2中确定音圈作动器(3)碰撞发生条件为：
6.根据权利要求1所述的分离式隔振指向平台碰撞规避方法，其特征在于，所述S3中预测上平台(1)和下平台(2)的运动，公式为：
7.根据权利要求1所述的分离式隔振指向平台碰撞规避方法，其特征在于，所述S4中优化目标包括分离式隔振指向平台上平台(1)的指向控制误差和音圈作动器(3)的控制电压；
8.根据权利要求6所述的分离式隔振指向平台碰撞规避方法，其特征在于，所述S4中优
9.根据权利要求6所述的分离式隔振指向平台碰撞规避方法，其特征在于，所述S5中利用音圈作动器(3)基于当前时刻最优控制增量输出实际控制力，公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种分离式隔振指向平台碰撞规避方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的分离式隔振指向平台碰撞规避方法，其特征在于，所述s1中上平台动力学模型为：
3.根据权利要求2所述的分离式隔振指向平台碰撞规避方法，其特征在于，所述s1中下平台动力学模型为：
4.根据权利要求1所述的分离式隔振指向平台碰撞规避方法，其特征在于，所述s2中音圈作动器(3)轴向运动与上平台(1)和下平台(2)位姿运动之间的关系为：
5.根据权利要求1所述的分离式隔振指向平台碰撞规避方法，其特征在于，所述s2中确定音圈作动器(3)碰撞发生条件为：
【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，宿鹏，杨鸿杰，李伟，李青，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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