CN105059572B - 基于pwm的气浮台平动控制方法 - Google Patents
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Abstract
基于PWM的气浮台平动控制方法，属于地面全物理仿真领域，本发明为解决现有气浮台平动控制方法控制精度低、推力器开启时间长、能源消耗大的问题。本发明具体过程为：根据位置基准信号和气浮台位置信号获取位置误差信号；PID控制器根据位置误差信号输出控制电压，将控制电压的调制波输送至PWM模块；PWM模块采用等腰三角形的锯齿波作为载波，将调制波与载波调制为PWM波；当PWM波占空比为1时，位置误差信号较大，推力器打开；当PWM波占空比小于1时，位置误差信号较小，在PWM波高电平时推力器打开，低电平时推力器关闭；推力器打开时将控制电压转换为脉冲形式的离散推力，推动气浮平台平动。本发明用于卫星地面仿真。
Description
技术领域
本发明涉及一种气浮台平动的控制方法，属于地面全物理仿真领域。
背景技术
多轴气浮平台是卫星地面仿真的重要设备，用于模拟太空的微重力、微阻尼环境。气浮平台依靠压缩空气在空气轴承上形成的气膜支撑，实现微摩擦和微阻尼运动。
在气浮台中，工作台是气浮台的本体，它用来安装姿态控制系统的测试部件。在进行地面模拟试验时，将干扰力矩控制到很小的数值，工作台便可浮在球轴承上，在任意姿态角度随迁平衡，以实现稳定，此时卫星就像漂浮在空间飞行轨道上一样，再通过遥测、遥控装置，姿控系统就可以在工作台上进行各种试验了。
现有技术中，一般是利用多种控制方法控制推力器实现气浮台的平动。一种传统的控制方法是在距离远时加速，到达目标位置或者逾越目标位置时关闭推力器，该方法操作简单，但是系统抖动明显、控制精度低；另一种是棒-棒控制系统，具有调节速度快的特点，但是在调节过程中震荡较大，推力器开启时间较长，能源消耗过大，电磁阀过热。
发明内容
本发明目的是为了解决现有气浮台平动控制方法控制精度低、推力器开启时间长、能源消耗大的问题，提供了一种基于PWM的气浮台平动控制方法。
本发明所述基于PWM的气浮台平动控制方法，该方法通过在气浮台上加装推力器来实现，所述推力器包括四组冷气喷气装置，每组冷气喷气装置的前侧壁均外切于气浮台的外圆侧壁，且四组冷气喷气装置沿气浮台圆形截面十字交叉的对称轴设置；气浮台下方安装有位置传感器；
该气浮台平动控制方法的具体过程为：
步骤1、位置传感器获取气浮台的位置信号S1(t)；
步骤2、根据位置基准信号S(t)和气浮台的位置信号S1(t)获取位置误差信号e(t)；
步骤3、PID控制器根据位置误差信号e(t)输出控制电压，将控制电压的调制波输送至PWM模块；
步骤4、PWM模块采用等腰三角形的锯齿波作为载波，将调制波与载波调制为PWM波；
步骤5、当PWM波占空比为1时，位置误差信号e(t)较大，推力器打开并执行步骤6；当PWM波占空比小于1时，位置误差信号e(t)较小，在PWM波高电平时推力器打开并执行步骤6，在PWM波低电平时推力器关闭；
步骤6、推力器将控制电压转换为脉冲形式的离散推力；
步骤7、推力器根据离散推力推动气浮平台平动，然后返回步骤1。
本发明的优点：本发明提出的PWM控制气浮平台平动的方法，是将连续控制量转变为离散控制量，设定一定的控制周期，根据控制器发出的指令，在一个控制周期内，能够增大或减少开启时间，达到控制气浮平台的平动。本发明能够对航天器的姿态实现有效控制，并且能够缩短推力器的开启时间，节省气体，减小能源消耗。
附图说明
图1是本发明所述基于PWM的气浮台平动控制方法的原理图；
图2是本发明所述气浮台的俯视图；
图3是本发明所述冷气喷气装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述基于PWM的气浮台平动控制方法，该方法通过在气浮台上加装推力器来实现，所述推力器包括四组冷气喷气装置1，每组冷气喷气装置1的前侧壁均外切于气浮台的外圆侧壁，且四组冷气喷气装置1沿气浮台圆形截面十字交叉的对称轴设置；气浮台下方安装有位置传感器；
该气浮台平动控制方法的具体过程为：
步骤1、位置传感器获取气浮台的位置信号S1(t)；
步骤2、根据位置基准信号S(t)和气浮台的位置信号S1(t)获取位置误差信号e(t)；
步骤3、PID控制器根据位置误差信号e(t)输出控制电压，将控制电压的调制波输送至PWM模块；
步骤4、PWM模块采用等腰三角形的锯齿波作为载波，将调制波与载波调制为PWM波；
步骤5、当PWM波占空比为1时，位置误差信号e(t)较大，推力器打开并执行步骤6；当PWM波占空比小于1时，位置误差信号e(t)较小，在PWM波高电平时推力器打开并执行步骤6，在PWM波低电平时推力器关闭；
步骤6、推力器将控制电压转换为脉冲形式的离散推力；
步骤7、推力器根据离散推力推动气浮平台平动，然后返回步骤1。
本实施方式中，当气浮台距离目标位置较远时，气浮台的位置信号S1(t)较大，位置误差信号e(t)较大，PID控制器输出的控制电压的调制波形幅值高于载波的最大值，占空比达到100％，PWM模块高效为放大比例为1的比例环节。
当气浮台距离目标位置较近时，PWM模块能够使气浮台运动的精度很小，避免了直接采用推力器连喷情况下的振荡。
具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，PWM模块载波的周期为T＝0.05s，载波的幅值为0.5V。
本实施方式中，气浮台整体质量(包括姿态平台上安装的测试器件和配重等)为2500kg，水平方向上推力器全开所能提供的最大动力F为40N。由牛顿第二定律：F＝m*a，加速度经二重积分后获得当前气浮台位置信息。
具体实施方式三：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，每组冷气喷气装置1包括1个立方体外框2和12个喷嘴3，立方体外框2的上端面、下端面、左端面和右端面的外侧壁上分别安装有3个喷嘴3。
Claims (3)
1.基于PWM的气浮台平动控制方法，其特征在于，该方法通过在气浮台上加装推力器来实现，所述推力器包括四组冷气喷气装置(1)，每组冷气喷气装置(1)的前侧壁均外切于气浮台的外圆侧壁，且四组冷气喷气装置(1)沿气浮台圆形截面十字交叉的对称轴设置；气浮台下方安装有位置传感器；
该气浮台平动控制方法的具体过程为：
步骤1、位置传感器获取气浮台的位置信号S1(t)；
步骤2、根据位置基准信号S(t)和气浮台的位置信号S1(t)获取位置误差信号e(t)；
步骤3、PID控制器根据位置误差信号e(t)输出控制电压，将控制电压的调制波输送至PWM模块；
步骤4、PWM模块采用等腰三角形的锯齿波作为载波，将调制波与载波调制为PWM波；
步骤5、当PWM波占空比为1时，位置误差信号e(t)较大，推力器打开并执行步骤6；当PWM波占空比小于1时，位置误差信号e(t)较小，在PWM波高电平时推力器打开并执行步骤6，在PWM波低电平时推力器关闭；
步骤6、推力器将控制电压转换为脉冲形式的离散推力；
步骤7、推力器根据离散推力推动气浮平台平动，然后返回步骤1。
2.根据权利要求1所述的基于PWM的气浮台平动控制方法，其特征在于，PWM模块载波的周期为T＝0.05s，载波的幅值为0.5V。
3.根据权利要求1所述的基于PWM的气浮台平动控制方法，其特征在于，每组冷气喷气装置(1)包括1个立方体外框(2)和12个喷嘴(3)，立方体外框(2)的上端面、下端面、左端面和右端面的外侧壁上分别安装有3个喷嘴(3)。
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