本发明专利技术是一种基于反步滑模技术的Stewart平台主动隔振控制方法，属于航天领域。本发明专利技术为解决敏感载荷的隔振问题提供了一种基于反步滑模技术的Stewart平台主动隔振控制方法。具体步骤包括：步骤一、通过建立Stewart平台的运动学及动力学模型；步骤二、计算Stewart平台的状态空间；步骤三、根据状态空间表达式设计反步滑模控制器；步骤四、计算反步滑模控制器的稳定性。本发明专利技术方法具有控制精度高，鲁棒性好的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航天领域，具体涉及一种基于反步滑模技术的Stewart平台主动隔振 控制方法。
技术介绍
在航天领域许多高精密的仪器、设备在使用过程中，都需要一个相对稳定环境，因 此无法避免的要面对隔振的问题，隔振性能的优劣决定着仪器性能的发挥。面对越来越复 杂的外部环境和性能要求，采用被动隔振方式已经难以满足需求。相比于被动隔振，主动隔 振系统精度高、响应快、隔振性能优良。在主动隔振中，Stewart平台是目前被广泛研究的 隔振系统之一，它是一种具有6个自由度的并联机构，可以隔离来自多个方向的振动。采用 主动控制设计的Stewart平台，能够取得良好的隔振效果，国内外许多学者都对此进行了 深入研究。 2003年Chen H J和Bishop Jr发表的《使用负载指向和主动隔振平台》文章介绍 了采用多误差最小均方算法的Stewart平台隔振控制方法如图3,设计时通过LMS算法修正 滤波器的参数动态调整前馈信号的大小，使得平台输出与扰动的误差最小以达到隔振的目 的。但通过观察滤波器更新公式的可以发现，公式中需要选取合适的调整系数以达到较好 收敛性，同时在整体设计过程中，需要知道一个或者多个与扰动相关的信号，才能达到预期 的隔振效果。 2008年Lei L和Benli W发表的《通过H m和μ合成多目标稳健为挠曲振动主动 控制贴合Stewart平台》文章针对Stewart平台的隔振问题，提出了一种多目标的H 〇〇和 μ综合控制算法如图4,用来识别较低频率的姿态指向指令同时抑制较高频的振动干扰。 但方案中只建立了单一支杆的模型，在控制器设计时也只简单考虑了作动器的输出不确定 性，并没有对Stewart平台的其他不确定性进行了综合考虑。 2015年徐高楠，黄海，李伟鹏发表的《空间挠性结构的Stewart平台主动基座振 动控制》，文章介绍了空针对卫星所带挠性附件的振动问题，采用基于线性自抗扰控制器的 Stewart平台的主动基座振动控制策略。建立平台上平面基座和柔性梁刚柔耦合动力学模 型如图5 ;针对挠性结构的一阶和二阶模态设计线性自抗扰控制器，包括扩张观测器以及 ro控制器，并分析了控制器的输入输出稳定性。该控制算法对低频模态的振动有较好的抑 制效果，但实验过程中并没有对高频模态的振动进行分析，且振动衰减时间有待提高。
技术实现思路
本专利技术为了解决6自由度主被动隔振问题，进而提出了一种基于反步滑模技术的 Stewart平台主动隔振控制方法，建立以音圈电机为执行机构的Stewart平台的运动学和 动力学模型并对模型进行合理变换，将平台等效成6个单入单出的子系统，计算反步滑模 技术的Stewart平台主动隔振控制的稳定性。 步骤一：建立Stewart平台的运动学和动力学模型； 步骤二：计算Stewart平台的状态空间； 步骤三：根据Stewart平台的状态空间，设计反步法滑模控制器； 根据Stewart平台的状态空间，设计反步法滑模控制器，如下式： 其中，u = T, UiQ = 1，…，6)为控制律即反步滑模控制器表达 式，B e R6x6为Stewart平台的阻尼矩阵，A表示平台的系数矩阵，X = T, X1 = X，x2=2, Xj=之，X表示上平台的广义位置向量；s为滑模面，Wnie R6 -电机中外部振 动引起的干扰向量^，^，!^，!^，!^!!，^一一反步滑模控制器参数，其中，ktl>0，k t2>0， k>o, η>〇，0:5为控制器待设计参数，Z1为跟踪误差，为跟踪误差的二阶导数，z2S 虚拟控制量，^广义加速度的一阶导数，Xd，分别为期望广义位置，速度，加速度； 在控制律（28)的作用下得到如下公式； 步骤四、计算反步滑模器的稳定性。 专利技术效果 (1)现有技术的控制方法都没有考虑执行机构，本专利技术建立了音圈电机作动器的 动力学方程； (2)现有技术的控制方法是基于关节空间进行设计，控制精度有限，本专利技术基于工 作空间进行控制，控制精度更高； (3)本专利技术专利设计的基于反步滑模的主动隔振控制器，相比于现有技术，具有更 高的干扰抑制能力与更好的鲁棒性。【附图说明】 图1是基于反步滑模技术的Stewart平台主动隔振控制方法的流程框图； 图2是Stewart平台的向量表示图； 图 3 是平台结构框图，其中 Disturbance Sourece 是干扰源；Disturbance，d(k) 是干扰信号；Reference，x(k)是参考信号；Control Signal，g(k)是控制信号！P1是主平 台；P^UQP平台；W是FIR Filter即FIR滤波器；C是UQP平台的FIR滤波器模型；Error， ε (k)是误差信号；Filtered Reference，r(k)是滤波参考信号；Sensor是传感器；LMS Algorithm 是 LMS 算法； 图4是执行机构结构图，其中，mb是平台质量，ms是支柱质量，m p是负荷质量，kp是 寄生刚度系数，Cp是寄生阻尼系数，k2是连接器刚度系数，C2是连接阻尼系数，1是执行器 刚度系数，C1执行器阻尼系数，U是执行器输出，r是姿态控制信号，X s是支柱质量块位移， Xp是负荷质量块位移，X b是平台质量块位移； 图5是鲁棒控制器结构图，其中，Gaugni是动力学模型即G，K是控制器，Wl是性能权 重，W2是控制权重，Wn是噪声权重，Wr是干扰权重，Wu是不确定性权重，y是控制输入，u是 控制输出，Z 1性能权重输出，z 2是控制权重输出，r是输入，Noise是噪声信号； 图6是开环状态干扰为幅值为1，频率为IOHz的正弦信号时的位移图，其中左图为 平动位移、右图为转动位移； 图7是闭环状态干扰为幅值为1，频率为IOHz的正弦信号时的位移图，其中左图为 平动位移、右图为转动位移； 图8是开环状态干扰为幅值为1，频率为50Hz的正弦信号时的位移图，其中左图为 平动位移、右图为转动位移； 图9是闭环状态干扰为幅值为1，频率为50Hz的正弦信号时的位移图，其中左图为 平动位移、右图为转动位移； 图10是开环状态干扰为幅值为1，频率为IOOHz的正弦信号时的位移图，其中左图 为平动位移、右图为转动位移； 图11是闭环状态干扰为幅值为1，频率为IOOHz的正弦信号时的位移图，其中左图 为平动位移、右图为转动位移； 图12是开环状态干扰为随机噪声（均值为0,方差为25)时的位移图，其中左图为 平动位移、右图为转动位移； 图13是闭环状态干扰为随机噪声（均值为0,方差为25)时的位移图，其中左图为 平动位移、右图为转动位移。【具体实施方式】【具体实施方式】 一：本实施方式的一种基于反步滑模技术的Stewart平台主动隔振 控制方法，具体步骤如下： 步骤一：建立Stewart平台的运动学和动力学模型， 步骤二：计算Stewart平台的状态空间； 步骤三：根据Stewart平台的状态空间，设计反步法滑模控制器； 根据Stewart平台的状态空间，设计反步法滑模控制器，如下式： 其中，u = T, UiQ = 1，…，6)为控制律即反步滑模控制器表达 式，B e R6x6为Stewart平台的阻尼矩阵，A表示平台的系数矩阵，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于反步滑模技术的Stewart平台主动隔振控制方法，其特征在于所述的反步滑模技术的Stewart平台主动隔振控制方法按照以下步骤实现：步骤一：建立Stewart平台的运动学和动力学模型；步骤二：计算Stewart平台的状态空间；步骤三：根据Stewart平台的状态空间，设计反步法滑模控制器；根据Stewart平台的状态空间，设计反步法滑模控制器，如下式：u=1B[-Ax-(kt1+1)z·1-(kt2+c2)z·2-c1z··1+x···d-D‾sgn(s)-k(s+ηsgn(s))]---(28)]]>其中，u＝[u1,u2,…,u6]T,ui(i＝1,…,6)为控制律即反步滑模控制器表达式，B∈R6×6为Stewart平台的阻尼矩阵，A表示平台的系数矩阵，x＝[x1,x2,x3]T,x1＝χ,χ表示上平台的广义位置向量；s为滑模面，wm∈R6—电机中外部振动引起的干扰向量；c1,c2,kt1,kt2,k,η,——反步滑模控制器参数，其中，kt1>0,kt2>0，k>0,η>0,为控制器待设计参数，z1为跟踪误差，为跟踪误差的二阶导数，z2为虚拟控制量，广义加速度的一阶导数，xd,分别为期望广义位置，速度，加速度；在控制律(28)的作用下|H|>0 (29)其中，H=kkt12+c1kkt1k2kkt1kkt1k2kkt22+c2kkt2-12kkt1kkt2-12k]]>得到如下公式；limt→∞z1(t)=0,limt→∞z2(t)=0,limt→∞z3(t)=0,limt→∞s(t)=0---(30).]]>...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李传江，孙延超，高寒，马晶晶，常雅杰，马广富，
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
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