[发明专利]一种航天器三超控制自适应变刚度变阻尼全频段扰动抑制方法

权利要求书

1.一种航天器三超控制自适应变刚度变阻尼全频段扰动抑制方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)在航天器本体与载荷之间，安装有主动指向超静平台；主动指向超静平台由N个作动器并联安装构成；每个作动器包含并行安装的弹簧-阻尼被动环节、直线电机以及位移传感器三部分：直线电机能够驱动弹簧-阻尼被动环节，位移传感器能够测量直线电机的平动位移；载荷和主动指向超静平台组成二级控制系统；

(2)建立主动指向超静平台与载荷之间的动力学模型，设定包含作动器输出力矢量、作动器的扰动力矢量与直线电机的控制力之间的关系；

(3)对作动器中直线电机设计鲁棒控制器，获得直线电机的控制力；

(4)根据航天器三超控制自适应变刚度变阻尼全频段扰动抑制的需求，设计单个作动器的全频段扰动激振，求得每个作动器的刚度系数、阻尼系数，根据每个作动器的刚度系数、阻尼系数和直线电机的控制力，获得作动器输出力矢量；

(5)采用六自由度激振试验，进行主动指向超静平台变刚度变阻尼全频段扰动抑制测试，获得作动器的扰动力矢量；

(6)将步骤(3)获得的直线电机的控制力、步骤(4)获得的作动器输出力矢量和步骤(5)获得的作动器的扰动力矢量，代入步骤(2)的主动指向超静平台与载荷之间的动力学模型中后，利用直线电机的控制力对作动器的扰动力矢量进行控制，从而实现对主动指向超静平台受到的低频扰动抑制，实现载荷超高稳定度控制；

在作动器空间中建立载荷的动力学模型如下：

其中，M₁(Δq,σ)为二级控制系统的质量矩阵，为二级控制系统的阻尼矩阵，为二级控制系统的非线性项；l为作动器的长度矢量，u_p为作动器输出力矢量；u_d表示作动器的扰动力矢量；

作动器的长度矢量l＝(l₁、…、l_N),l_i为第i个作动器长度，i＝1、…、N。

2.根据权利要求1所述的一种航天器三超控制自适应变刚度变阻尼全频段扰动抑制方法，其特征在于：航天器三超控制系统的控制对象，包括：航天器本体、载荷和主动指向超静平台；航天器三超控制系统，包括：测量敏感器。

3.根据权利要求2所述的一种航天器三超控制自适应变刚度变阻尼全频段扰动抑制方法，其特征在于：航天器三超控制系统中的测量敏感器，包括：载荷测微敏感器、星敏感器；载荷测微敏感器能够测量载荷的角速度、星敏感器能够测量载荷的惯性姿态。

4.根据权利要求1所述的一种航天器三超控制自适应变刚度变阻尼全频段扰动抑制方法，其特征在于：主动指向超静平台安装在航天器本体与载荷之间，由N个作动器并联安装构成，每个作动器包含并行安装的弹簧-阻尼被动环节、直线电机以及位移传感器三部分：直线电机驱动弹簧-阻尼被动环节，位移传感器用于测量直线电机的平动位移。

5.根据权利要求4所述的一种航天器三超控制自适应变刚度变阻尼全频段扰动抑制方法，其特征在于：作动器输出力矢量为第i个作动器的输出力，i＝1、…、N。

6.根据权利要求4所述的一种航天器三超控制自适应变刚度变阻尼全频段扰动抑制方法，其特征在于：作动器的扰动力矢量为第i个作动器的扰动力。

7.根据权利要求1所述的一种航天器三超控制自适应变刚度变阻尼全频段扰动抑制方法，其特征在于：步骤(6)后还包括步骤(7)；

(7)将主动指向超静平台与载荷垂直安装在六自由度激振试验台上通过测量六自由度激振试验台角速度以及载荷角速度进行主动指向超静平台自适应变刚度变阻尼全频段扰动测试，得到测量的载荷角速度和测量的六自由度激振台的角速度；根据测量的载荷角速度和测量的六自由度激振台的角速度，得到扰动频率ω₀j下的主动指向超静平台扰动衰减率，用于验证步骤(1)～(5)的三超”控制自适应变刚度变阻尼全频段扰动抑制方法是否满足要求。

8.根据权利要求7所述的一种航天器三超控制自适应变刚度变阻尼全频段扰动抑制方法，其特征在于：步骤(7)后还包括步骤(8)；

(8)判断扰动频率ω₀j下的主动指向超静平台扰动衰减率是否满足要求，若扰动频率下的主动指向超静平台扰动衰减率小于要求的衰减率阈值，则判定自适应变刚度变阻尼全频段扰动抑制方法满足要求；否则，判定自适应变刚度变阻尼全频段扰动抑制方法不满足要求。