为了 保证巡视车性能测试时的准确性,要求低重力模拟系 统的动态误差|ΔT|在5 以内。在Matlab 软件里为 了检验系统在实际工作中的鲁棒性,仿真中加入模拟 拉力传感器的噪声模块,传感器采样频率600 Hz,方差 为0.01 取干扰最严重的情况,即A=0.7 Hz,仿真时间为10s,仿真结果如图8 所示。 表明在干扰最严重情况下所设计的控制器使系统保持稳定。 |3.4N,控制精度 得到了很好的保证。 图8(b)表明面对高频扰动时,电 机的输入电压不足0.8 V,而电机的工作电压范围为 -10~+10 V,因此干扰对于电机工作负担很轻,减轻了 电机的磨损。 图8(c)在干扰频率最高时,绳索收放速 度最大为0.05 m/s,电机输出未出现幅值“堵塞”现象, 表明电机可以跟上巡视车对系统的扰动。 对比可知,对于不确定性Δ的变动,系统保持稳定,且ΔT 变化几乎没有受到影响,表明控制 器很好地抑制了不确定性参数变化对系统的影响, 因此系统具有良好的鲁棒性。 (a)吊索张力变化量ΔT (b)控制输入u (c)电机收放吊索的速度x 图8 干扰最严重时系统关键信号的响应Fig.8 The key signal responses heightinterference 的变动时吊索拉力变化Fig.9 The ingtension changes when (a)吊索张力变化量ΔT(b)控制输入u (c)电机收放吊索的速度x 图10 扫频模式下系统关键信号响应Fig.10 The key signal system response frequency sweep mode 取巡视车工作在指标A =0.7 时,对系统扫频,频率范围为巡视车工作时竖直方向加速度频率变 化范围0.1~5 Hz,仿真时间10 由图10(a)可知, 在巡视车工作的加速度频率范围内,吊索拉力最大动 态误差为3.4 N,满足了巡视车测试对与低重力模拟 系统的要求。 由图10(b)可知,控制电压在各频率段 处于工作电压范围内,保证了电机正常工作,并且输 入电压在高频段变小,验证了弹簧吸收巡视车的高频 扰动的作用,减轻电机在高频段的工作压力。 4 结束语 对于传统低重力模拟方式在面对巡视车竖直方向 大幅颠簸时,低重力效果差、精度变低、不稳定的问题。 本文针对性的建立了控制对象模型,并实现了参数不 确定问题的分离;对于带宽有限及干扰抑制的要求,设 计了具有强鲁棒性优势的H 控制器;在仿真检验中,控制器不仅抑制了巡视车竖直方向大幅度颠簸对于稳 定性以及精度的影响,并且保证了参数不确定性下的 系统鲁棒性;通过对于控制输入的监控,该控制器可以 确保系统的可实现性;在扫频模拟巡视车加速度干扰 的条件下,系统的最大误差不超过3.4 由于本文没有考虑系统内部存在的摩擦,吊索谐振等因素,使得实际物体和理论模型仍然存在差 别,未来可以结合上述因素对控制器进行进一步的 完善,并在实验条件允许下搭建实际系统,可以为月 球巡视车的性能调试提供更大的帮助。 参考文献: [1]肖福根,叶培建.月球探测工程中的月球环境问题[J].航天 器环境工程,2006,23(1):13. XIAO Fugen,YE Peijian.Issues about lunar environment lunar exploration project [J].Spacecraft Environment Engineer ing, 2006, 23(1):13. [2]齐乃明,张文辉,高九州,等.空间微重力环境地面模拟试验 方法综述[J].航天控制,2011,29(3):95100. QI Naiming, ZHANG Wenhui, GAO Jiuzhou, et al.The prima ry discussion groundsimulation system spatialmicro gravity[J].Airspace Control, 2011,29(3):95100. [3]ISOBE YAMAMOTOS.A new approach kinematiccontrol simplemanipulators[J].IEEE Transactions Systems,Man Cybernetics,1992, 22(5): 11161124. 梅涛.空间操作的地面模拟方法水浮法[J].机械工程学报,2008, 44(3):182188. YAO Yansheng, MEI Tao.Simulation method spaceopera tion groundbuoyancymethod [J].Chinese Journal MechanicalEngineering, 2008, 44(3): 182188. [5]姚燕生.三维重力补偿方法与空间浮游目标模拟实验装置研 究[D].合肥:中国科学技术大学,2006:5680. YAO Yansheng.Research gravitycompensation spacefloating objective simulation[D].Hefei: China,2006:5680 [6]SATO etal.MicroG emulation system using constanttension suspension spacemanipulator Automation,1991.Sacramento,America, 1991: 18931900. [7]WHITE XUY.An active verticaldirection gravity compen sation system[J].IEEE Transactions Measurement,1994, 43(6): 786792. [8]王连明.低重力模拟系统控制算法的研究[D].哈尔滨:哈尔 滨工业大学,2010:1030. WANG Lianming.Research controlalgorithm microgravitysimulating system[D].Harbin: Harbin Institute Technology,2010:1030. [9]王乐.低重力模拟器吊索张力控制算法研究[D].哈尔滨:哈 尔滨工业大学,2011:1120. WANG Le.Control algorithm slingtension lowgravitysimulating system[D].Harbin: Harbin Institute Technology,2011:1120. [10]刘志康,姚郁.线性鲁棒控制[M].北京:科学出版社,2013: 277300. [11]俞立.鲁棒控制线性矩阵不等式处理方法[M].北京:清华 大学出版社,2002: 4459. 第11期 朱齐丹,等:低重力模拟系统控制策略研究 低重力模拟系统控制策略 作者: ZHUQidan, CHEN Liheng, LU Hongqian 作者单位: 朱齐丹,陈力恒,ZHU Qidan,CHEN Liheng(哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨 ,150001), 卢鸿谦,LU Hongqian(哈尔滨工业大学控制理论与制导技术研究中心,黑龙江哈 尔滨,150001) 刊名: 哈尔滨工程大学学报 英文刊名: Journal HarbinEngineering University 2014(11)引用本文格式:朱齐丹.陈力恒.卢鸿谦.ZHU Qidan.CHEN Liheng.LU Hongqian 低重力模拟系统控制策略[期刊论文 ]-哈尔滨工程大学学报 2014(11)