衛(wèi)星姿態(tài)控制地面全物理仿真智能控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測(cè)量技術(shù)，具體涉及一種衛(wèi)星姿態(tài)控制地面全物理仿真智能控制系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 空間飛行器特殊的運(yùn)行環(huán)境使其地面仿真試驗(yàn)顯得尤為重要，針對(duì)空間飛行器研 制的全物理地面仿真系統(tǒng)的核心設(shè)備是基于氣浮球軸承構(gòu)建的氣浮仿真平臺(tái)，依靠壓縮空 氣在氣浮球與球軸承座之間形成的氣膜，使模擬臺(tái)體浮起，從而實(shí)現(xiàn)近似無摩擦的相對(duì)運(yùn) 動(dòng)條件，以模擬衛(wèi)星在外層空間所受干擾力矩很小的力學(xué)環(huán)境。這其中渦流力矩和承載力 是兩個(gè)最關(guān)鍵的指標(biāo)，不同的供氣壓力、承載力會(huì)表現(xiàn)出不同的渦流力矩，渦流力矩直接關(guān) 系平臺(tái)的仿真性能，因此研究這種承載力、渦流力矩的自動(dòng)穩(wěn)定性控制具有重要的研究意 義。
[0003]經(jīng)檢索文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，發(fā)明專利【申請(qǐng)?zhí)枴?01410398151，專利名稱為全自動(dòng)三軸氣浮 臺(tái)微干擾力矩測(cè)量系統(tǒng)及方法，包括氣浮球和球窩，及其所提供的系統(tǒng)和方法，利用全轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)，對(duì)稱結(jié)構(gòu)所形成的章動(dòng)，可以有效地解決氣浮球軸承與球窩之間的干涉問題，可以實(shí)現(xiàn) 在小角度的范圍內(nèi)測(cè)量氣浮球軸承的干擾力矩。但該方法不涉及承載力及供氣壓力等問 題，不能直接用于飛行器姿態(tài)控制地面仿真系統(tǒng)穩(wěn)定性的調(diào)整。
[0004] 中國發(fā)明專利【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410390718,專利名稱為一種采用單軸氣浮臺(tái)模擬撓 性衛(wèi)星三軸姿態(tài)耦合運(yùn)動(dòng)的測(cè)試系統(tǒng)及其方法，采用單軸氣浮臺(tái)模擬衛(wèi)星某一軸的姿態(tài)運(yùn) 動(dòng)，通過對(duì)單軸氣浮臺(tái)進(jìn)行功能擴(kuò)展，采取物理特性和數(shù)學(xué)模型相結(jié)合的方式，通過數(shù)學(xué)模 型的解算，將星體單軸姿態(tài)運(yùn)動(dòng)過程中受到的三軸耦合力矩、撓性附件干擾力矩以及空間 環(huán)境干擾力矩通過力矩輸出裝置來實(shí)現(xiàn)，能夠提高采用單軸氣浮臺(tái)驗(yàn)證撓性衛(wèi)星單軸姿態(tài) 運(yùn)動(dòng)的有效性，更真實(shí)的反映衛(wèi)星在軌的單軸姿態(tài)運(yùn)動(dòng)，但該發(fā)明沒有涉及氣浮臺(tái)穩(wěn)定性 的調(diào)試分析等內(nèi)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種衛(wèi)星姿態(tài)控制地面全物理仿真系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)，原 理簡單，成本低，工程上易于實(shí)現(xiàn)，便于維護(hù)。
[0006]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種衛(wèi)星姿態(tài)控制地面全物理仿真智能控制系統(tǒng)，包括調(diào)壓閥、壓力傳感器、水平 儀、稱重傳感器和控制器；調(diào)壓閥和氣浮球軸承的供氣管路連接，壓力傳感器與氣浮球軸承 的緩沖腔連接，調(diào)壓閥的控制端和壓力傳感器的輸出端均與控制器連接，水平儀和稱重傳 感器均安裝于球軸承座下端，水平儀和稱重傳感器的輸出端均與控制器連接；水平儀測(cè)量 基座的水平度并將數(shù)據(jù)輸出給控制器，稱重傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量試驗(yàn)臺(tái)體的重量并將數(shù)據(jù)輸出 給控制器。
[0008] 如上所述的控制器的控制方法如下：
[0009] 選取供氣壓力P、實(shí)際承載量G、基座水平度L、機(jī)動(dòng)角度A為因變量，其中供氣壓力 P、實(shí)際承載量G、基座水平度L可以實(shí)時(shí)檢測(cè)并反饋給控制器，選取姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)的控制量 C和壓力調(diào)整機(jī)構(gòu)的控制量W為輸出變量，根據(jù)模糊理論建立詞集和控制規(guī)則庫，建模中對(duì) 于規(guī)則i描述如下：
[0010] 規(guī)則i:如果P屬于并且G屬于A/纟，并且L屬于<
[0012] 其中，x(t)是系統(tǒng)狀態(tài)變量，x(t_d(t))是系統(tǒng)的延遲狀態(tài)變量，d(t)是延遲量，u(t)是控制變量，是系統(tǒng)狀態(tài)變量x(t)的導(dǎo)數(shù)，AyAdl，Bi分別為狀態(tài)矩陣、延遲狀態(tài) 矩陣和控制矩陣，A^，Mi, 分別是供氣壓力P、實(shí)際承載量G、基座水平度L、機(jī)動(dòng)角 度A等變量的第i個(gè)模糊子集，則系統(tǒng)的狀態(tài)方程為：
[0017] 其中，h是延遲的上界，a和b分別延遲的導(dǎo)數(shù)的下界和上界。
[0018] 控制器的規(guī)則j為：
[0019] 規(guī)則j:如果P屬于蹲并且G屬于g并且L屬于g并且A屬于喊，
[0020] 那么u(t) =KjX(t)，j= 1，2，…，c (4)
[0021] 其中，K,是待設(shè)計(jì)的控制矩陣。則控制器為：
[0026] 其中，4 = 4 + 盡尺/。
[0027] 定義h^xU))ξcoXOjUU))，同時(shí)為描述方便，將?！牛?，mj(x(t))， 1^(叉(1:))，《(外)),么\(；(：(〇),.AUx(t))，分別用 ％，1^，1^，氣.4~，八^，替代，以下同。
[0028] 定義~為1^的線性描述，并且& 2Δ&，其中Δ&，厶|^為hg和其線性描 述&.差值的上下界。
[0029] 對(duì)于上述描述的系統(tǒng)，有以下結(jié)論：
[0030] 對(duì)于狀態(tài)方程滿足式（6)、同時(shí)延遲滿足式（3)的閉環(huán)系統(tǒng)，如果存在矩陣 戶>0,互>0,δ>0,(/ = 1,2,3,4),，使得下述線性矩陣不等式組式（7)-(12)成立， 那么該閉環(huán)系統(tǒng)是漸進(jìn)穩(wěn)定的，并且系統(tǒng)的一個(gè)可行控制矩陣為。
[0038] 本發(fā)明原理簡單，改造成本低，工程上易于實(shí)現(xiàn)，便于維護(hù)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的精確 控制。
【附圖說明】
[0039] 圖1是衛(wèi)星姿態(tài)控制地面全物理仿真智能控制系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0041] 實(shí)施例1 :
[0042] 結(jié)合圖1，一種衛(wèi)星姿態(tài)控制地面全物理仿真智能控制系統(tǒng)，包括調(diào)壓閥1、壓力 傳感器2、水平儀3、稱重傳感器4和控制器5 ;其特征在于，調(diào)壓閥1和氣浮球軸承的供氣 管路連接，壓力傳感器2與氣浮球軸承的緩沖腔連接，調(diào)壓閥1的控制端和壓力傳感器2的 輸出端均與控制器5連接，水平儀3和稱重傳感器4均安裝于球軸承座下端，水平儀3和稱 重傳感器4的輸出端均與控制器5連接；水平儀3測(cè)量基座的水平度并將數(shù)據(jù)輸出給控制 器5,稱重傳感器4實(shí)時(shí)測(cè)量試驗(yàn)臺(tái)體的重量并將數(shù)據(jù)輸出給控制器5。
[0043] 控制器的控制原理如下：
[0044] 選取供氣壓力P、實(shí)際承載量G、基座水平度L、機(jī)動(dòng)角度A為因變量，其中供氣壓力 P、實(shí)際承載量G、基座水平度L可以實(shí)時(shí)檢測(cè)并反饋給控制器，選取姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)的控制量 C和壓力調(diào)整機(jī)構(gòu)的控制量W為輸出變量，根據(jù)模糊理論建立詞集和控制規(guī)則庫，建模中對(duì) 于規(guī)則i描述如下：
[0045] 規(guī)則i:如果P屬于M》，并且G屬于M〗，并且L屬于< '- -⑴
[0046] M^x{t^=Atx(?) +Α?χ(?- <3? (?)) +Btu(?),?= \,2,···,ρ 其中，x(t) 是系統(tǒng)狀態(tài)變量，x(t_d(t))是系統(tǒng)的延遲狀態(tài)變量，d(t)是延遲量，u(t)是控制變量， 是