【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空航天微重力模拟平台控制领域，尤其涉及一种基于非合作博弈的气浮式微重力试验平台协同控制方法。
技术介绍
1、在航天技术迅猛发展的今天，大型可展机构如太阳翼、卫星天线等，作为航天器的重要组成部分，其性能的稳定性和精确性直接关系到整个航天任务的成败。由于这些机构在地面环境下难以完全模拟其在太空中的微重力工作状态，因此，构建高效、可靠的微重力模拟系统显得尤为重要。
2、传统的气浮式微重力试验平台，通过平面电机与伺服平台的协同工作，实现了对微重力环境的模拟。其中，合作博弈理论被应用于伺服平台与平面电机的协同控制中，旨在通过双方之间的紧密合作与信息共享，达到最优的控制效果。然而，这种方法在实际应用中面临着一系列挑战：首先，合作博弈要求伺服平台与平面电机之间进行大量的信息交换，这不仅增加了系统的通信负担，还可能导致信息传输的延迟与误差；其次，复杂的信息处理机制增加了系统的复杂性与成本，降低了系统的整体效能与可靠性；最后，在极端工况或突发故障情况下，合作博弈的协同控制可能因信息中断或处理延迟而失效，影响微重力模拟的精度与稳定性。鉴于上述问题，亟需一种新型的非合作博弈协同控制策略，以替代或优化现有的合作博弈控制方法。
技术实现思路
1、为了解决现有问题，本专利技术的目的是提出一种气浮式微重力试验平台非合作博弈协同控制模型，在有限的气浮式微重力试验平台上，通过各自调平出力的策略选择，以实现合力最小化的非合作目标。非合作博弈协同控制策略的核心思想在于，通过智能的控制算法，使
2、一种气浮式微重力试验平台非合作博弈协同控制方法，所述气浮式微重力试验平台包括上部支撑结构，测量基板及气浮轴承，定义平面电机和伺服平台为气浮式微重力试验平台工作时非合作博弈的两个参与者，在非合作任务中，参与者的目标在于尽快实现调平目标，平面电机的运动模式简化为匀加速直线运动；各参与者对于彼此当前时刻的状态信息均是己知的；所述非合作博弈协同控制方法为：
3、在博弈过程中，将参与者当前可选运动策略的集合称为参与者的策略集，用表示，其中下标i代表要执行的第i步策略，代表伺服随动系统第i步的策略，为伺服平台第i步将要运动的角度(°)，代表平面电机第i步的策略，为平面电机第i步需要输出的电磁力(n)；
4、博弈策略的核心目标是气浮式微重力试验平台所受合力接近于零，即合力最小，同时确保满足以下两个约束条件：
5、平面电机位移距离约束：确保每一步策略执行后，平面电机在伺服平台上的位置始终在最大允许位移范围内，以防止电机脱离伺服平台；
6、平面电机静止状态约束：要求平面电机的移动速度严格为0；
7、确定第i(i＝1,2,...,n)步博弈策略的优化问题；
8、当博弈形成一个局势后，引入收益函数，作为参与者进行策略选择的评价标准，构建两个收益函数：一个为气浮式微重力试验平台合力收益预设合力阈值，每步控制时，根据当前的控制效果和合力状态，为逐步逼近最优的合力控制状态，当各参与者产生的合力与目标的差值在合力阈值以内时，其值越小参与者获得收益越大，否则，令合力分项收益值为零；另一个为气浮式微重力试验平台速度收益预设速度阈值，当平面电机速度值小于速度阈值时，平面电机速度值越小，参与者获得收益越大，否则，令速度分项收益值为零；
9、博弈产生的最终结果即纳什均衡解，需要确定初始控制周期伺服平台和平面电机的策略；进行迭代求解，获得由纳什均衡解构成的策略集合ti，ti表示在第i步时，伺服平台和平面电机所能达到最优性能的策略。
10、进一步的，
11、第i(i＝1,2,...,n)步博弈策略的优化问题定义如下：
12、
13、其中，第i步博弈策略下伺服平台与水平面的夹角θi作为决策向量，fi(θi,fem,i)代表在第i步博弈策略下平面电机水平方向合力实际值，表示为fi(θi,fem,i)＝fem,i-gisinθi，是决策向量在目标集上的映射；fem,i代表在第i步策略下平面电机实际输出电磁力，由平面电机电磁特性获得，gi代表平面电机所受重力；xi代表在第i步博弈策略下平面电机的位移，取其绝对值|xi|，h则是平面电机的最大允许位移；对于平面电机的运动速度，假设其运动方向与作用力同向，其运动速度表示为其中vi-1即第i-1步的速度(mm/s)，在初始状态，取v0＝0，m即平面电机重量，t为运动时间。
14、进一步的，气浮式微重力试验平台合力收益定义如下：
15、设各参与者当前产生的合力与期望目标的差值为fi,goal(θi,fem,i)，
16、fi,goal(θi,fem,i)＝fi(θi,fem,i)-r (1)
17、式中，fi(θi,fem,i)为各参与者当前产生的合力，期望目标为合力趋近的极小值r；
18、预设合力阈值fsafe,i，气浮式微重力试验平台合力收益表示为：
19、
20、当各参与者产生的合力与目标的差值fi,goal(θi,fem,i)在合力阈值以内时，其值越小参与者获得收益越大，当fi,goal(θi,fem,i)大于fsafe,i时，令合力分项收益值为零。
21、进一步的每步控制时，根据当前的控制效果和合力状态，为逐步逼近最优的合力控制状态，通过二分法调整合力阈值fsafe,i。
22、进一步的，气浮式微重力试验平台速度收益定义如下：
23、设vi(θi)为当前平面电机的速度值，通过平面电机移动速度求解模型计算得出；预设速度阈值vsafe,i；
24、气浮式微重力试验平台速度收益表示为：
25、
26、当平面电机速度值小于速度阈值vsafe,i时，vi(θi)越小参与者获得收益越大，当vi(θi)大于vsafe,i时，令速度分项收益值为零。
27、进一步的，每步控制时，根据当前的控制效果和速度状态，为逐步逼近速度为0的状态，通过二分法调整速度阈值vsafe,i。
28、进一步的，初始控制周期伺服平台和平面电机的策略为：θ0取初始状态下伺服平台的角度，f0取平面电机启动时需要输出的电磁力。
29、进一步的，所述策略集合由博弈模型纳什均衡解构成，为伺服平台第i步将要运动的角度，为平面电机第i步将要运动的位移，为平面电机第i步将要运动的速度，满足
30、
31、式中，下标i代表第i步，j＝1,2代表两种收益函数即式(2)与式(3)，θi,xi,vi分别为第i步测量的平台倾斜角度值、平面电机位移距离值与速度值，合称为测量的状态值。
32、进一步的，进行迭代求解，获得由纳什均衡解构成的策略集本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种气浮式微重力试验平台非合作博弈协同控制方法，所述气浮式微重力试验平台包括上部支撑结构，测量基板及气浮轴承，定义平面电机和伺服平台为气浮式微重力试验平台工作时非合作博弈的两个参与者，在非合作任务中，参与者的目标在于尽快实现调平目标，平面电机的运动模式简化为匀加速直线运动；各参与者对于彼此当前时刻的状态信息均是己知的；所述非合作博弈协同控制方法为：
2.根据权利要求1所述的气浮式微重力试验平台非合作博弈协同控制方法，其特征在于，第i(i＝1,2,...,n)步博弈策略的优化问题定义如下：
3.根据权利要求1所述的气浮式微重力试验平台非合作博弈协同控制方法，其特征在于，气浮式微重力试验平台合力收益定义如下：
4.根据权利要求3所述的气浮式微重力试验平台非合作博弈协同控制方法，其特征在于，每步控制时，根据当前的控制效果和合力状态，为逐步逼近最优的合力控制状态，通过二分法调整合力阈值Fsafe,i。
5.根据权利要求1所述的气浮式微重力试验平台非合作博弈协同控制方法，其特征在于，气浮式微重力试验平台速度收益定义如下：
6.
7.根据权利要求1所述的气浮式微重力试验平台非合作博弈协同控制方法，其特征在于，初始控制周期伺服平台和平面电机的策略为：θ0取初始状态下伺服平台的角度，F0取平面电机启动时需要输出的电磁力。
8.根据权利要求1所述的气浮式微重力试验平台非合作博弈协同控制方法，其特征在于，所述策略集合由博弈模型纳什均衡解构成，θi*为伺服平台第i步将要运动的角度，为平面电机第i步将要运动的位移，为平面电机第i步将要运动的速度，满足
9.根据权利要求8所述的气浮式微重力试验平台非合作博弈协同控制方法，其特征在于，进行迭代求解，获得由纳什均衡解构成的策略集合的方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种气浮式微重力试验平台非合作博弈协同控制方法，所述气浮式微重力试验平台包括上部支撑结构，测量基板及气浮轴承，定义平面电机和伺服平台为气浮式微重力试验平台工作时非合作博弈的两个参与者，在非合作任务中，参与者的目标在于尽快实现调平目标，平面电机的运动模式简化为匀加速直线运动；各参与者对于彼此当前时刻的状态信息均是己知的；所述非合作博弈协同控制方法为：
2.根据权利要求1所述的气浮式微重力试验平台非合作博弈协同控制方法，其特征在于，第i(i＝1,2,...,n)步博弈策略的优化问题定义如下：
3.根据权利要求1所述的气浮式微重力试验平台非合作博弈协同控制方法，其特征在于，气浮式微重力试验平台合力收益定义如下：
4.根据权利要求3所述的气浮式微重力试验平台非合作博弈协同控制方法，其特征在于，每步控制时，根据当前的控制效果和合力状态，为逐步逼近最优的合力控制状态，通过二分法调整合力阈值fsafe,i。
5.根据权利要求1所述的气...
【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，姚一恒，李桂丹，侯玮杰，李跃华，韩强，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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