一种基于模糊控制的转动平台不平衡力矩补偿方法技术

一种基于模糊控制的转动平台不平衡力矩补偿方法，本发明专利技术涉及基于模糊控制的转动平台不平衡力矩补偿方法。本发明专利技术为了解决现有气浮台调节方法调节时间长，流程复杂，精度低的问题。本发明专利技术步骤为：步骤一：确定控制器的输入变量和输出变量；步骤二：确定输入变量和输出变量的论域；步骤三：根据步骤二确定角度量化因子ke、角速度量化因子kec及比例因子ku；步骤四：根据步骤三确定的量化因子和比例因子，进行模糊化和解模糊化，得到精确控制量ux和uy。本发明专利技术方法具有通用性和稳定性，可以将质心与旋转中心调节到10um内。本发明专利技术应用于全物理仿真领域。

A method for compensating unbalanced torque of rotating platform based on fuzzy control

The invention relates to a method for compensating unbalanced torque of rotating platform based on fuzzy control. The invention solves the problems of long adjustment time, complex process and low precision of the existing air bearing table regulating method. The invention comprises the following steps: step one: determine the input variables and the output variables of the controller; step two: determine the input variables and the output variables of the domain; step three: according to step two determines the angle quantization factor Ke, angular velocity quantization factor KEC and factor Ku ratio; step four: according to the quantification factor and proportion determined step three the factor of fuzzification and defuzzification, accurate control of the amount of UX and uy. The method of the invention has versatility and stability, and can adjust the center of mass and the rotation center to 10um. The invention is applied to the field of full physical simulation.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于模糊控制的转动平台不平衡力矩补偿方法。
技术介绍
由航空宇航领域知识可知，卫星等航天器在太空环境中，会保持在一个几乎没有摩擦，且干扰力矩近似为零的一个状态。在早期航天技术并不发达的年代，当航天器在地面上被设计制造出来后，并没有确定可行的一种实验方式来验证航天器设计方案是否可靠，能否按照一定的计划完成发射目标。因此科学家们在这个领域苦苦探索，寄希望于研发一种实验装置，一方面以便被测试飞行器能够展现其在太空环境中的真实运动状态，另一方面可以修改某些参数使得控制飞行器的姿态信息。直到气浮实验台的出现才改变这一窘状，此设备可在地面上模拟出上述描述的太空环境，即外部干扰力矩接近似为零。在此条件下，就可忽略外部环境对于被测试航天器姿态的影响，精确控制其六个自由度上的姿态的目标就可实现，这样就可在航天器正式发射之前可以进行一定的测试。气浮台的核心技术点在于气体润滑作用，依靠多组高压碳纤气瓶中存储的氮气作为气源为气足、垂向轴承、球轴承等部件提供气体，形成一层一定厚度的氮气薄膜，因而避免了机械接触与机械摩擦，将摩擦阻力对卫星等航天器的姿态影响降至最低。经过不平衡力矩补偿系统的作用，即将因姿态平台质心与旋转中心不重合而产生的偏心力矩控制在一定数量级内，姿态平台便能静止漂浮于气浮球球碗上方，保持水平稳定状态。除此之外，气浮台在特定方向安装推力器，依据动量守恒原理，高压气体喷发产生的反作用力作为其平面运动的动力。将需要模拟的飞行器安置于气浮台载物平面，通过测控装置，即可得到相关运动数据。除了在空间飞行器、航空宇航设备制造等军事领域之外，在诸如汽车驾驶模拟器、一些游乐场及公园中的项目器械，也能常常见到多自由度平台的身影。科技是在不断探索和不断进步的，机械、计算机、软件等等各个行业的繁荣发展及相互配合，逐步实现了一加一大于二的美好愿景，地面仿真实验的结果也能朝着精度越来越高、效果越来越好的目标稳定前行。该项目作为探月三期交汇对接与样品转移全物理仿真试验系统的重要实验设备，是整个仿真测试阶段的基础平台，承载航天器进行对接过程的相关算法验证，采集并回收重要实验数据。其中不平衡力矩补偿机构的研制水平直接关系到最终的试验效果。公开号为CN181860的中国专利中提出了一种人工增加负载进行质心调节的方法，使气浮转台在x轴和y轴保持平衡，最后通过统一移动z轴载物块使质心与球心重合。但是该方法是手动人工调节，随机性较强，成功率相对较低。公开号为CN103869834A的中国专利提出基于经验模态的质心调节方法，，该方法是通过气浮平台的震荡周期解算质心位置，并与经验相结合进行质心调节。该方法相比人工调节方法有理论基础，并且精度有所提高。但是该方法还是在经验调节的框架下，需要具体的控制算法进行通用性的调节。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有气浮台调节方法调节时间长，流程复杂，精度低的的问题，而提出的基于模糊控制的转动平台不平衡力矩补偿方法。一种基于模糊控制的转动平台不平衡力矩补偿方法以下步骤实现：步骤一：确定控制器的输入变量和输出变量；步骤二：确定输入变量和输出变量的论域；步骤三：根据步骤二确定角度量化因子ke、角速度量化因子kec及比例因子ku；步骤四：根据步骤三确定的量化因子和比例因子，进行模糊化和解模糊化得到精确控制量ux和uy。专利技术效果：本专利技术采用模糊控制方法，可以把初始人工调平总结进入专家知识库，相比于经验模态法调节时间更短，并且针对于一套系统，该方法具有通用性和稳定性，可以将质心与旋转中心调节到10um内。针对可靠性高，响应快的航天系统，本专利技术方法可以满足要求，并解决了通常建模法的模型不精确，噪声高的问题。在工程上受到工程师的青睐。附图说明图1为采用模糊控制法调节不平衡力矩流程图；图2为模糊控制器设计过程图；图3为控制器输入变量与输出变量示意图；图4为角速度(单位为°/s)最终收敛保证在10um内的曲线图；图5为角速最终收敛保证在10um内的曲线图。具体实施方式具体实施方式一：一种基于模糊控制的转动平台不平衡力矩补偿方法包括以下步骤：如图1所示，首先确定转动平台质量和转动惯量等参数，先进行手工粗调，再将姿态敏感器件信息进入模糊控制器进行控制，将人工调平阶段的经验及策略构成专家知识库，结合自动调平阶段其运动信息(某轴角度、角速度)，从而给出相应的配重质量块移动方案，使之进行质心调节。模糊控制器设计过程如图2所示，控制器输入变量与输出变量示意图如图3所示。步骤一：确定控制器的输入变量和输出变量；步骤二：确定输入变量和输出变量的论域；步骤三：根据步骤二确定角度量化因子ke、角速度量化因子kec及比例因子ku；步骤四：根据步骤三确定的量化因子和比例因子，进行模糊化和解模糊化得到精确控制量ux和uy。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中确定控制器的输入变量和输出变量具体为：输入变量：姿态平台(转动平台的姿态)X轴倾角，Y轴倾角；姿态平台X轴倾角的变化率，即X轴角速度；Y轴角的变化率，即Y轴角速度；输出变量：输入1号步进电机的脉冲方向及数量，输入2号步进电机的脉冲方向及数量。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述步骤二中确定输入变量和输出变量的论域具体为：ex和ey分别代表X轴和Y轴与期望值(期望值为0)的角度差值，ecx和ecy分别代表X轴和Y轴的与期望值的角速度差值，ux和uy分别代表X轴和Y轴模糊控制器输出脉冲；ex＝ey∈[-0.50.5]，ecx＝ecy∈[-11]，ux＝uy∈[-3000030000]。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤三中确定角度量化因子ke、角速度量化因子kec及比例因子ku的具体过程为：使用Ex和Ey代表精确值输入ex和ey的语言变量，使用ECx和ECy代表精确值输入ecx和ecy的语言变量，使用Ux和Uy代表ux和uy的语言变量；将Ex和Ey论域定义为：{-m，-m+1，…，0，m-1，m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模糊控制的转动平台不平衡力矩补偿方法，其特征在于，所述基于模糊控制的转动平台不平衡力矩补偿方法包括以下步骤：步骤一：确定模糊控制器的输入变量和输出变量；步骤二：确定输入变量和输出变量的论域；步骤三：根据步骤二确定角度量化因子ke、角速度量化因子kec及比例因子ku；步骤四：根据步骤三确定的量化因子和比例因子，进行模糊化和解模糊化，得到精确控制量ux和uy。

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊控制的转动平台不平衡力矩补偿方法，其特征在于，所述基于模糊控制的转动平台不平衡力矩补偿方法包括以下步骤：步骤一：确定模糊控制器的输入变量和输出变量；步骤二：确定输入变量和输出变量的论域；步骤三：根据步骤二确定角度量化因子ke、角速度量化因子kec及比例因子ku；步骤四：根据步骤三确定的量化因子和比例因子，进行模糊化和解模糊化，得到精确控制量ux和uy。2.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的转动平台不平衡力矩补偿方法，其特征在于，所述步骤一中确定控制器的输入变量和输出变量具体为：输入变量：姿态平台X轴倾角，Y轴倾角；姿态平台X轴倾角的变化率，即X轴角速度；Y轴角的变化率，即Y轴角速度；输出变量：输入1号步进电机的脉冲方向及数量，输入2号步进电机的脉冲方向及数量。3.根据权利要求1或2所述的一种基于模糊控制的转动平...

【专利技术属性】
技术研发人员：于泓久，王岩，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23