本發(fā)明屬于地面全物理仿真領(lǐng)域，具體涉及一種三自由度氣浮仿真實驗平臺系統(tǒng)質(zhì)心的調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)：
隨著人們對外太空的探索，將研制的衛(wèi)星置于氣浮仿真平臺進行仿真測試，以此降低研究成本，提高衛(wèi)星執(zhí)行任務(wù)的成功率，已經(jīng)成為研制發(fā)射衛(wèi)星的必要步驟。三軸仿真平臺主要用于模擬飛行器等設(shè)備在某種環(huán)境下的姿態(tài)運動。控制技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，以及新型材料的開發(fā)運用，使得仿真平臺體積變小，剛度加大，承載能力更高。此外科學(xué)技術(shù)的進步還使得仿真平臺的控制精度以及位資精度都有了極大的提高。因此，三軸氣浮臺將不再僅限于空間飛行器的實驗?zāi)M，也逐漸適用于其他各種方向，如航海時的模擬訓(xùn)練以及某些高精度，高成本的實驗設(shè)備在投入使用之前的仿真測試。在氣浮臺中工作臺是氣浮臺的本體，它用來安裝姿態(tài)控制系統(tǒng)的測試部件。由于衛(wèi)星在空間飛行時所須的驅(qū)動力矩很小，所以在進行地面模擬試驗時，必須將干擾力矩控制到很小的數(shù)值。當(dāng)各項干擾力矩控制到規(guī)定數(shù)值后，工作臺便可浮在球軸承上在任意姿態(tài)角達隨遷平衡，以實現(xiàn)穩(wěn)定，此時衛(wèi)星就像飄浮在空間飛行軌道上一樣，再通過遙測、遙控裝置，姿控系統(tǒng)就可在模擬臺上進行各種試驗了。傳統(tǒng)人工調(diào)平費時費力，且往往達不到良好的調(diào)節(jié)效果。通過此調(diào)平機構(gòu)，使旋轉(zhuǎn)中心與整體質(zhì)心重合，研制出的工作臺具有很高的平衡精度，以滿足地面仿真實驗的使用要求。公開號為CN1818601A的中國專利中提出了一種氣浮轉(zhuǎn)臺外加載荷質(zhì)心調(diào)節(jié)裝置。其在保持載物平臺X-Y平面的水平動態(tài)平衡時，再進一步手動調(diào)整安裝在Z軸方向的扁圓柱型螺母上下移動，使質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)中心重合。但是上述裝置在進行質(zhì)心調(diào)整時為人工操作，必然會引入較大誤差。公開號為CN103292130A的中國專利中提出了一種應(yīng)用線陣CCD測量載物平臺質(zhì)心的方案。但是此裝置使用范圍較為局限，在較為惡劣的條件下影響光纖測量效果，另外各CCD線陣圖像獲取時間較長，測量效率較低；由于掃描運動及相應(yīng)的位置反饋環(huán)節(jié)的存在，增加了系統(tǒng)復(fù)雜性和成本。另外圖像精度可能受掃描運動精度的影響而降低，最終影響測量精度。另外文獻《三自由度氣浮臺自動平衡系統(tǒng)動力學(xué)建?！分兴?，當(dāng)今通常采用轉(zhuǎn)臺的 動力學(xué)及運動學(xué)方程來描述臺體運動信息，繼而求解平臺質(zhì)心以便后續(xù)調(diào)平。然而在調(diào)節(jié)過程中臺體會產(chǎn)生振蕩，角度、角速度傳感器測得的數(shù)據(jù)會有較大噪聲，對控制系統(tǒng)輸出何種指令會造成一定干擾，致使系統(tǒng)難以穩(wěn)定。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有氣浮臺質(zhì)心信調(diào)節(jié)方法的調(diào)節(jié)精度低，穩(wěn)定性差的問題，提出了一種基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)法的三軸氣浮臺質(zhì)心智能調(diào)節(jié)方法。本發(fā)明所述基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)法的三軸氣浮臺質(zhì)心智能調(diào)節(jié)方法，該方法的具體步驟為：采用三組質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)對三軸氣浮臺質(zhì)心進行調(diào)節(jié)，每組質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)包括電機和質(zhì)量塊，電機用于帶動質(zhì)量塊移動，三組質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)均布并安裝在三軸氣浮臺載物平臺上，且每組質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)均能夠上下移動；步驟一、采用電子傾角儀測量三軸氣浮臺載物平臺的X軸方向的角度信息x(t)，執(zhí)行步驟二；其中，t為時間；步驟一二、采用電子傾角儀測量三軸氣浮臺載物平臺的Y軸方向的角度信息y(t)，執(zhí)行步驟二二；步驟一三、采用角加速度傳感器測量三軸氣浮臺載物平臺Z軸方向角度信息，并對Z軸方向角加速度信息進行二次積分，獲得Z軸方向的角度信息z(t)；執(zhí)行步驟二三；步驟二、采用經(jīng)驗?zāi)B(tài)法對X軸方向的角度信息x(t)進行提取，獲得三軸氣浮臺載物平臺x軸方向的震蕩周期cxn(t)；執(zhí)行步驟三；其中，n為正整數(shù)；步驟二二、采用經(jīng)驗?zāi)B(tài)法對Y軸方向的角度信息y(t)進行提取，獲得三軸氣浮臺載物平臺y軸方向的震蕩周期cyn(t)；執(zhí)行步驟三；步驟二三、采用經(jīng)驗?zāi)B(tài)法對Z軸方向的角度信息z(t)進行提取，獲得三軸氣浮臺載物平臺z軸方向的震蕩周期czn(t)；執(zhí)行步驟三；步驟三、判斷三軸氣浮臺載物平臺X軸方向的震蕩周期cxn(t)，y軸方向的震蕩周期cyn(t)，是否均達到震蕩周期閾值A(chǔ)，如是則執(zhí)行步驟四；若三軸氣浮臺載物平臺的X軸方向的震蕩周期cxn(t)未達到震蕩周期閾值A(chǔ),則執(zhí)行步驟五；若三軸氣浮臺載物平臺的Y軸方向的震蕩周期cyn(t)未達到震蕩周期閾值A(chǔ),則執(zhí)行步驟六；步驟四、判斷Z軸方向的震蕩周期czn(t)是否均達到震蕩周期閾值A(chǔ)，若是，則完成基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)法的三軸氣浮臺質(zhì)心智能調(diào)節(jié)；否則執(zhí)行步驟七；步驟五、采用工控機根據(jù)三軸氣浮臺載物平臺X軸方向的震蕩周期cxn(t)，控制X軸上的電機轉(zhuǎn)動，電機帶動質(zhì)量塊在X方向上移動，返回執(zhí)行步驟一；步驟六、采用工控機根據(jù)三軸氣浮臺載物平臺Y軸方向的震蕩周期cyn(t)，控制Y軸上的電機轉(zhuǎn)動，電機帶動質(zhì)量塊在Y方向上移動，返回執(zhí)行步驟一二；步驟七、采用工控機根據(jù)三軸氣浮臺載物平臺Z軸方向的震蕩周期czn(t),同時控制三個電機轉(zhuǎn)動，帶動三個質(zhì)量塊移動，返回執(zhí)行步驟一三。本發(fā)明采用經(jīng)驗?zāi)B(tài)法，大大縮短了觀測時間，可在較短的測量時間內(nèi)得到平臺震蕩周期，獲取質(zhì)心偏差信息以便后續(xù)進行質(zhì)心調(diào)節(jié)。采用電機帶動質(zhì)量塊移動對載物平臺角度震蕩周期的長短變化來判斷移動方向及移動距離的正確與否，并決定下一步輸出何種指令。當(dāng)平臺震蕩周期達到閾值時結(jié)束調(diào)平過程。解決了現(xiàn)有氣浮臺質(zhì)心調(diào)節(jié)方法的調(diào)節(jié)精度低，穩(wěn)定性差的問題，且本發(fā)明所述氣浮臺質(zhì)心調(diào)節(jié)方法的調(diào)節(jié)精度與現(xiàn)有方法相比，同比提高了20％。本發(fā)明所述三軸氣浮臺質(zhì)心調(diào)節(jié)方法的調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性與現(xiàn)有方法相比，同比提高了10％。附圖說明圖1為本發(fā)明所述方法的原理示意圖；圖2為具體實施方式二所述的X軸方向的角度信息x(t)的曲線圖圖3為具體實施方式二所述的包絡(luò)線和均值曲線圖，圖中，曲線2為角度信息x(t)的上包絡(luò)線，曲線3為角度信息x(t)的下包絡(luò)線，曲線4為上包絡(luò)線uxk(t)與下包絡(luò)線lxk(t)的均值曲線；圖4為具體實施方式二所述的角度信息x(t)減去均值包絡(luò)線mxk(t)得到一個分量hxk(t)曲線。具體實施方式具體實施方式一、結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)法的三軸氣浮臺質(zhì)心智能調(diào)節(jié)方法，該方法的具體步驟為：采用三組質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)對三軸氣浮臺質(zhì)心進行調(diào)節(jié)，每組質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)包括電機和質(zhì) 量塊，電機用于帶動質(zhì)量塊移動，三組質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)均布并安裝在三軸氣浮臺載物平臺上，且每組質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)均能夠上下移動；步驟一、采用電子傾角儀測量三軸氣浮臺載物平臺的X軸方向的角度信息x(t)，執(zhí)行步驟二；其中，t為時間；步驟一二、采用電子傾角儀測量三軸氣浮臺載物平臺的Y軸方向的角度信息y(t)，執(zhí)行步驟二二；步驟一三、采用角加速度傳感器測量三軸氣浮臺載物平臺Z軸方向角度信息，并對Z軸方向角加速度信息進行二次積分，獲得Z軸方向的角度信息z(t)；執(zhí)行步驟二三；步驟二、采用經(jīng)驗?zāi)B(tài)法對X軸方向的角度信息x(t)進行提取，獲得三軸氣浮臺載物平臺x軸方向的震蕩周期cxn(t)；執(zhí)行步驟三；其中，n為正整數(shù)；步驟二二、采用經(jīng)驗?zāi)B(tài)法對Y軸方向的角度信息y(t)進行提取，獲得三軸氣浮臺載物平臺y軸方向的震蕩周期cyn(t)；執(zhí)行步驟三；步驟二三、采用經(jīng)驗?zāi)B(tài)法對Z軸方向的角度信息z(t)進行提取，獲得三軸氣浮臺載物平臺z軸方向的震蕩周期czn(t)；執(zhí)行步驟三；步驟三、判斷三軸氣浮臺載物平臺X軸方向的震蕩周期cxn(t)，y軸方向的震蕩周期cyn(t)，是否均達到震蕩周期閾值A(chǔ)，如是則執(zhí)行步驟四；若三軸氣浮臺載物平臺的X軸方向的震蕩周期cxn(t)未達到震蕩周期閾值A(chǔ),則執(zhí)行步驟五；若三軸氣浮臺載物平臺的Y軸方向的震蕩周期cyn(t)未達到震蕩周期閾值A(chǔ),則執(zhí)行步驟六；步驟四、判斷Z軸方向的震蕩周期czn(t)是否均達到震蕩周期閾值A(chǔ)，若是，則完成基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)法的三軸氣浮臺質(zhì)心智能調(diào)節(jié)；否則執(zhí)行步驟七；步驟五、采用工控機根據(jù)三軸氣浮臺載物平臺X軸方向的震蕩周期cxn(t)，控制X軸上的電機轉(zhuǎn)動，電機帶動質(zhì)量塊在X方向上移動，返回執(zhí)行步驟一；步驟六、采用工控機根據(jù)三軸氣浮臺載物平臺Y軸方向的震蕩周期cyn(t)，控制Y軸上的電機轉(zhuǎn)動，電機帶動質(zhì)量塊在Y方向上移動，返回執(zhí)行步驟一二；步驟七、采用工控機根據(jù)三軸氣浮臺載物平臺Z軸方向的震蕩周期czn(t),同時控制三個 電機轉(zhuǎn)動，帶動三個質(zhì)量塊移動，返回執(zhí)行步驟一三。具體實施方式二、結(jié)合圖2、圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式是對具體實施方式一所述的基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)法的三軸氣浮臺質(zhì)心智能調(diào)節(jié)方法的進一步說明，步驟二獲得三軸氣浮臺載物平臺x軸方向的震蕩周期cxn(t)的方法與步驟二二獲得三軸氣浮臺載物平臺y軸方向的震蕩周期cyn(t)和步驟二三獲得三軸氣浮臺載物平臺z軸方向的震蕩周期czn(t)的方法相同，獲得三軸氣浮臺載物平臺x軸方向的震蕩周期cxn(t)方法的具體步驟為：步驟二獲得三軸氣浮臺載物平臺X軸方向的震蕩周期cxn(t)的方法與步驟二二獲得三軸氣浮臺載物平臺Y軸方向的震蕩周期cyn(t)的方法相同，獲得三軸氣浮臺載物平臺x軸方向的震蕩周期cxn(t)方法的具體步驟為：步驟1、找出X軸方向的角度信息x(t)所有的極大值點，并用三次樣條插值函數(shù)擬合形成角度信息x(t)的上包絡(luò)線uxk(t)；再找出X軸方向的角度信息x(t)所有的極小值點，并將所有的極小值點通過三次樣條插值函數(shù)擬合形成角度信息x(t)的下包絡(luò)線lxk(t)；其中，k≤n，且k為整數(shù)；步驟2、計算上包絡(luò)線uxk(t)與下包絡(luò)線lxk(t)的均值mxk(t)；步驟3、將信號x(t)減去均值包絡(luò)線mxk(t)得到一個分量hxk(t)；步驟4、判斷分量hxk(t)是否滿足本征函數(shù)的條件，是則執(zhí)行步驟5，否則，令hxk(t)＝x(t)，返回執(zhí)行步驟1；步驟5、令cxn(t)＝hxk(t)，同時令信號x(t)減去cxn(t)，獲得殘余量rxn(t)；步驟6、采用公式：計算獲得標(biāo)準(zhǔn)差SD；T為觀測臺體運動的總時間，500≤T≤1000s；hx(k-1)為第k-1個震蕩周期獲得的分量hxk(t)；步驟7、判斷標(biāo)準(zhǔn)差SD是否滿足0.2≤SD≤0.3，是則確定氣浮平臺的震蕩周期cxn(t)，否則執(zhí)行步驟8；步驟8、繪制殘余量rxn(t)的變化曲線，根據(jù)曲線的波峰和波谷信息判斷殘余量是否為 一個震蕩周期，是則令rxn(t))＝x(t)，返回執(zhí)行步驟1，否則獲得三軸氣浮臺的震蕩周期cxn(t)。本發(fā)明采用經(jīng)驗?zāi)B(tài)法分析可以得到較為光滑的曲線，另外此方案大大縮短了觀測時間，可在較短的測量時間內(nèi)得到平臺震蕩周期，獲取質(zhì)心偏差信息以便后續(xù)進行質(zhì)心調(diào)節(jié)。根據(jù)電機帶動質(zhì)量塊移動對載物平臺角度震蕩周期的長短變化來判斷移動方向及移動距離的正確與否，并決定下一步輸出何種指令。當(dāng)平臺震蕩周期達到設(shè)計要求時即可結(jié)束調(diào)平過程。調(diào)節(jié)過程中采用先調(diào)X、Y軸質(zhì)心偏差，再調(diào)Z軸質(zhì)心偏差的順序，即先分別利用主控X軸與主控Y軸調(diào)平質(zhì)量塊的電機帶動質(zhì)量塊移動使得質(zhì)心在X-Y平面上調(diào)平；再同時升降三臺電機所攜帶的質(zhì)量塊達到調(diào)平Z軸的目的。具體實施方式三、本實施方式是對具體實施方式二所述的基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)法的三軸氣浮臺質(zhì)心智能調(diào)節(jié)方法的進一步說明，步驟4中所述的本征函數(shù)的條件為：條件一：局部極大值與局部極小值的總和與信號跨零點的數(shù)目相等或者數(shù)目相差一個；條件二：在任意時間上，局部極大值通過三次樣條插值函數(shù)擬合形成的上包絡(luò)線與極小值點通過三次樣條插值函數(shù)擬合形成的下包絡(luò)線的平均值為零。具體實施方式四、本實施方式是對具體實施方式一、二或三所述的基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)法的三軸氣浮臺質(zhì)心智能調(diào)節(jié)方法的進一步說明，步驟五中所述工控機根據(jù)氣浮平臺的震蕩周期cyn(t)，控制X軸上的電機轉(zhuǎn)動，電機帶動質(zhì)量塊在X方向上移動的方法為：步驟21、判斷第n個震蕩周期cxn(t)是否滿足cxn(t)≥1500s，是則執(zhí)行步驟22，否則執(zhí)行步驟23；步驟22、判斷第n個震蕩周期cxn(t)是否大于第n-1個震蕩周期cx(n-1)(t)；是則電機移動方向與n-1次調(diào)節(jié)電機移動相同，且電機的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)0.001圈，否則電機移動方向與n-1次調(diào)節(jié)電機移動相反，且電機的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)0.001圈；步驟23、判斷第n個震蕩周期cxn(t)是否滿足500s≤cxn(t)＜1500s，是則執(zhí)行步驟24，否則執(zhí)行步驟25；步驟24、判斷第n個震蕩周期cxn(t)是否大于第n-1個震蕩周期cx(n-1)(t)；是則電機移動方向與n-1次調(diào)節(jié)電機移動相同，且電機的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)0.01圈，否則電機移動方向與n-1次調(diào)節(jié)電機移動相反，且電機的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)0.01圈；步驟25、判斷第n個震蕩周期cxn(t)是否滿足100s≤cxn(t)＜500s，是則執(zhí)行步驟26，否 則執(zhí)行步驟27；步驟26、判斷第n個震蕩周期cxn(t)是否大于第n-1個震蕩周期cx(n-1)(t)；是則電機移動方向與n-1次調(diào)節(jié)電機移動相同，且電機的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)0.05圈，否則電機移動方向與n-1次調(diào)節(jié)電機移動相反，且電機的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)0.05圈；步驟27、判斷第n個震蕩周期cxn(t)是否大于第n-1個震蕩周期cx(n-1)(t)；是則電機移動方向與n-1次調(diào)節(jié)電機移動相同，且電機的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)1圈，否則電機移動方向與n-1次調(diào)節(jié)電機移動相反，且電機的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)1圈。由表1可知，三軸氣浮臺的工控機根據(jù)氣浮平臺的震蕩周期，向電機發(fā)送移動方向及移動距離信息的方法，且三軸氣浮臺的x軸方向、y軸方向和z軸方向均采用本方法進行控制。表1具體實施方式四、本實施方式是對具體實施方式一、二或三所述的基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)法的三軸氣浮臺質(zhì)心智能調(diào)節(jié)方法的進一步說明，所述的電機為直流無刷伺服電機。具體實施方式五、本實施方式是對具體實施方式一、二或三所述的基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)法的三軸氣浮臺質(zhì)心智能調(diào)節(jié)方法的進一步說明，所述電機通過滾珠絲杠與質(zhì)量塊相連。具體實施方式六、實施方式是對具體實施方式一所述的基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)法的三軸氣浮臺質(zhì)心智能調(diào)節(jié)方法的進一步說明，每組質(zhì)心調(diào)節(jié)機構(gòu)與水平面呈夾角60度。由于平臺質(zhì)心在充分靠近氣浮球軸承旋轉(zhuǎn)中心時，平臺震蕩周期會達到幾千秒甚至更長，采用通常的觀測方法耗時過長且難以精確測量。采用經(jīng)驗?zāi)B(tài)法(EMD)后大大縮短了觀測時間，可在較短的測量時間內(nèi)得到平臺震蕩周期，獲取質(zhì)心偏差信息，進一步用于質(zhì)心位置的調(diào)整。且由相關(guān)物理及數(shù)學(xué)關(guān)系可知，載物平臺整體質(zhì)心與其旋轉(zhuǎn)中心不重合所產(chǎn)生的平臺周期性震蕩，其周期與質(zhì)心位置有著一定的對應(yīng)關(guān)系：質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)中心偏移越大其震蕩周期越短，反之質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)中心偏移越小其震蕩周期越長。結(jié)合模糊控制通過判斷平臺震蕩周期變化趨勢即可通過直流無刷伺服電機帶動質(zhì)量塊移動來調(diào)節(jié)平臺的質(zhì)心位置。采用本發(fā)明所述方法比采用手工配平方法具有更好的效果。