CN110850904A - 一种基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制系统，包括：判断模块；第一开关模块，输入端与判断模块的输出端连接；巴特沃斯低通滤波器，输入端与第一开关模块的第一输出端连接；第二开关模块，第一输入端与巴特沃斯低通滤波器的输出端连接，第二输入端与第一开关模块的第二输出端连接；结构滤波器，输入端与第二开关模块的第一输出端连接；第三开关模块，第一输入端与结构滤波器的输出端连接，第二输入端与第二开关模块的第二输出端连接；干扰抑制滤波器，输入端与第三开关模块的第二输出端连接。此发明解决了单一滤波器对太阳翼速度稳定控制精度低和稳定性差的问题，通过多种滤波器组合滤波的方式，保证了太阳翼速度的稳定控制。

Description

一种基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制系统及方法
技术领域
本发明涉及空间站太阳翼技术领域，具体涉及一种基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制系统及方法。
背景技术
空间站实验舱太阳翼是我国目前为止研制的体积最大、尺寸最大、重量最重的一种具有大挠性特性的太阳翼，单翼翼展约30m，惯量约3.4e5Kgm2，具有大尺寸、大惯量、大挠性等特点。
由于空间环境的复杂干扰会导致太阳翼的挠性振动，从而无法实现太阳翼高精度速度稳定控制，因此需要对太阳翼的干扰进行有效抑制，避免太阳翼产生过大的挠性振动。而由于大面积太阳翼的非线性、基频低、模态密集特点，依靠有限元方法建立的动力学建模也很难得到准确的基频和模态，而且无法在地面完全进行全真环境的模拟。
所以使用单一滤波器的方法很难对复杂的干扰有效滤除，无法对柔性太阳翼的大挠性振动进行抑制。同时，过大的挠性振动不仅会使太阳翼速度控制精度降低，甚至会导致整个太阳翼失控，从而影响飞船的安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制系统及方法。此系统及方法旨在解决单一滤波器对太阳翼速度稳定控制精度低和稳定性差的问题，通过多种滤波器组合滤波的方式，分别对不同类型的空间太阳翼干扰有效过滤，实现空间站实验舱太阳翼多种干扰的有效滤除，有效抑制空间站太阳翼挠性振动，保证太阳翼速度的稳定控制。
为达到上述目的，本发明提供了一种基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制系统，包括：
判断模块，输入端与太阳翼控制的速度环连接，判断出空间站太阳翼干扰信号的干扰类型；干扰类型包括高频干扰、特点频率点干扰、周期干扰中任意一种或任意两种或三种同时存在的七种类型；
第一开关模块，输入端与判断模块的输出端连接；
巴特沃斯低通滤波器，输入端与第一开关模块的第一输出端连接，对干扰类型包括高频干扰的干扰信号进行高频干扰抑制；
第二开关模块，第一输入端与巴特沃斯低通滤波器的输出端连接，第二输入端与第一开关模块的第二输出端连接；
结构滤波器，输入端与第二开关模块的第一输出端连接，对干扰类型包括特定频率点干扰的干扰信号进行特定频率点干扰抑制；
第三开关模块，第一输入端与结构滤波器的输出端连接，第二输入端与第二开关模块的第二输出端连接，第一输出端与太阳翼控制的电流环连接；
干扰抑制滤波器，输入端与第三开关模块的第二输出端连接，输出端与太阳翼控制的电流环连接，对干扰类型包括周期干扰的干扰信号进行周期干扰抑制。
最优选的，该控制系统还包括输出模块，第一输入端与第三开关模块的第一输出端连接，第二输入端与干扰抑制滤波器的输出端连接，输出端与太阳翼控制的电流环连接。
最优选的，第一开关模块为flag_Butterworth模块；flag_Butterworth模块的开关系数置于1，则第一开关模块的第一输出端闭合且第二输出端断开，巴特沃斯低通滤波器串联入电路；flag_Butterworth模块的开关系数置于0，则第一开关模块的第二输出端闭合且第一输出端断开，巴特沃斯低通滤波器短路。
最优选的，第二开关模块为flag_NotchFilter模块；flag_NotchFilter模块的开关系数置于1，则第二开关模块的第一输出端闭合且第二输出端断开，结构滤波器串联入电路；flag_NotchFilter模块的开关系数置于0，则第二开关模块的第二输出端闭合且第一输出端断开，结构滤波器短路。
最优选的，第三开关模块为flag_RejectionFilter模块；flag_RejectionFilter模块的开关系数置于1，则第三开关模块的第一输出端闭合且第二输出端断开，干扰抑制滤波器串联入电路；flag_RejectionFilter模块的开关系数置于0，则第三开关模块的第二输出端闭合且第一输出端断开，干扰抑制滤波器短路。
最优选的，干扰类型中包含高频干扰，则flag_Butterworth模块的开关系数置于1，否则flag_Butterworth模块的开关系数置于0。
最优选的，干扰类型中包含特点频率点干扰，则flag_NotchFilter模块的开关系数置于1，否则flag_NotchFilter模块的开关系数置于0。
最优选的，干扰类型中包含周期干扰，则flag_RejectionFilter模块的开关系数置于1，否则flag_RejectionFilter模块的开关系数置于0。
本发明还提供了一种基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制方法，该方法是基于一种基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定系统实现的，该方法包括以下步骤：
步骤1：空间站太阳翼干扰由太阳翼控制的速度环传输至判断模块，判断出空间站太阳翼干扰的干扰类型；
步骤2：第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块根据干扰类型调整对应的巴特沃斯低通滤波器、结构滤波器和干扰抑制滤波器接入电路的方式；
步骤3：空间站太阳翼干扰通过调整连接方式的巴特沃斯低通滤波器、结构滤波器和干扰抑制滤波器，进行组合滤波来控制太阳翼速度，生成过滤后的信号；
步骤4：过滤后的信号传输至输出模块，输出至太阳翼控制的电流环，完成速度控制。
最优选的，干扰类型调整电路包括以下七种情况：
情况1：干扰类型为高频干扰时，flag_Butterworth模块的开关系数置于1，flag_NotchFilter模块和flag_RejectionFilter模块的开关系数均置于0，巴特沃斯低通滤波器串联入电路，结构滤波器和干扰抑制滤波器短路；
情况2：干扰类型为特定频率点干扰时，flag_NotchFilter模块的开关系数置于1，flag_Butterworth模块和flag_RejectionFilter模块的开关系数均置于0，结构滤波器串联入电路，巴特沃斯低通滤波器和干扰抑制滤波器短路；
情况3：干扰类型为周期干扰时，flag_RejectionFilter模块的开关系数置于1，flag_Butterworth模块和flag_NotchFilter模块的开关系数均置于0，干扰抑制滤波器串联入电路，巴特沃斯低通滤波器和结构滤波器短路；
情况4：干扰类型为高频干扰和特定频率点干扰时，flag_Butterworth模块和flag_NotchFilter模块的开关系数均置于1，flag_RejectionFilter模块开关系数置于0，巴特沃斯低通滤波器和结构滤波器串联入电路，干扰抑制滤波器短路；
情况5：干扰类型为高频干扰和周期干扰时，flag_Butterworth模块和flag_RejectionFilter模块的开关系数均置于1，flag_NotchFilter模块开关系数置于0，巴特沃斯低通滤波器和干扰抑制滤波器串联入电路，结构滤波器短路；
情况6：干扰类型为特定频率点干扰和周期干扰时，flag_NotchFilter模块和flag_RejectionFilter模块的开关系数均置于1，flag_Butterworth模块开关系数置于0，结构滤波器和干扰抑制滤波器串联入电路，巴特沃斯低通滤波器短路；
情况7：干扰类型为高频干扰、特定频率点干扰和周期干扰共同存在时，flag_Butterworth模块、flag_NotchFilter模块和flag_RejectionFilter模块的开关系数均置于1，巴特沃斯低通滤波器、结构滤波器和干扰抑制滤波器串联入电路。
运用此发明，解决了单一滤波器对太阳翼速度稳定控制精度低和稳定性差的问题，通过多种滤波器组合滤波的方式，分别对不同类型的空间站太阳翼干扰信号有效过滤，实现了空间站实验舱太阳翼多种干扰的有效滤除，有效抑制了空间站太阳翼挠性振动，保证了太阳翼速度的稳定控制。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过多种滤波器组合对空间站太阳翼干扰进行组合滤波，实现了空间站太阳翼多种干扰的有效过滤。
2、本发明通过判断空间站太阳翼干扰信号的干扰类型，调整多种滤波器的连接方式，对不同类型的空间站太阳翼干扰信号进行过滤，有效抑制了空间站太阳翼挠性振动，控制了太阳翼速度的稳定。
附图说明
图1为本发明提供的该控制系统的结构示意图；
图2为本发明提供的该控制方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。
本发明是一种基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制系统，通过该控制系统实现空间站实验舱太阳翼多种干扰的滤除，对空间站太阳翼干扰信号引起的空间站太阳翼挠性振动进行抑制，达到太阳翼速度稳定控制的目的。
如图1所示，该控制系统包括判断模块1、第一开关模块6、巴特沃斯低通滤波器2、第二开关模块7、结构滤波器3、第三开关模块8、干扰抑制滤波器4和输出模块5。
判断模块1，输入端与太阳翼控制的速度环连接，判断出空间站太阳翼干扰信号的干扰类型；其中，干扰类型包括高频干扰、特点频率点干扰、周期干扰中任意一种或任意两种或三种同时存在的七种类型；
第一开关模块6，输入端与判断模块1的输出端连接；
巴特沃斯低通滤波器2，输入端与第一开关模块6的第一输出端连接，对干扰类型包括高频干扰的干扰信号进行高频干扰抑制；
第二开关模块7，第一输入端与巴特沃斯低通滤波器2的输出端连接，第二输入端与第一开关模块6的第二输出端连接；
结构滤波器3，输入端与第二开关模块7的第一输出端连接，对干扰类型包括特定频率点干扰的干扰信号进行特定频率点干扰抑制；
第三开关模块8，第一输入端与结构滤波器3的输出端连接，第二输入端与第二开关模块7的第二输出端连接；
干扰抑制滤波器4，输入端与第三开关模块8的第二输出端连接，对干扰类型包括周期干扰的干扰信号进行周期干扰抑制；
输出模块5的第一输入端与第三开关模块8的第一输出端连接，第二输入端与干扰抑制滤波器4的输出端连接，输出端与太阳翼控制的电流环连接
第一开关模块6为巴特沃斯低通滤波器开关(flag_Butterworth)模块；flag_Butterworth模块6的开关系数置于1，则第一开关模块6的第一输出端闭合且第二输出端断开，巴特沃斯低通滤波器2串联入电路；flag_Butterworth模块6的开关系数置于0，则第一开关模块6的第二输出端闭合且第一输出端断开，巴特沃斯低通滤波器2短路。
第二开关模块7为结构滤波器开关(flag_NotchFilter)模块；flag_NotchFilter模块7的开关系数置于1，则第二开关模块7的第一输出端闭合且第二输出端断开，结构滤波器3串联入电路；flag_NotchFilter模块7的开关系数置于0，则第二开关模块7的第二输出端闭合且第一输出端断开，结构滤波器3短路。
第三开关模块8为干扰抑制滤波器开关(flag_RejectionFilter)模块；flag_RejectionFilter模块8的开关系数置于1，则第三开关模块8的第一输出端闭合且第二输出端断开，干扰抑制滤波器4串联入电路；flag_RejectionFilter模块8的开关系数置于0，则第三开关模块8的第二输出端闭合且第一输出端断开，干扰抑制滤波器4短路。
干扰类型中包含高频干扰，则flag_Butterworth模块6的开关系数置于1，否则flag_Butterworth模块6的开关系数置于0；
干扰类型中包含特点频率点干扰，则flag_NotchFilter模块7的开关系数置于1，否则flag_NotchFilter模块7的开关系数置于0；
干扰类型中包含周期干扰，则flag_RejectionFilter模块8的开关系数置于1，否则flag_RejectionFilter模块8的开关系数置于0。
该控制系统中的三种滤波器可以根据空间站太阳翼干扰信号的干扰类型调整连接方式，可以组合成多种连接结构，从而实现对不同干扰类型的空间站太阳翼干扰信号进行组合滤除，达到提高太阳翼速度稳定控制的目的。
本发明还提供了一种基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制方法，该方法是基于一种基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定系统实现的，如图2所示，该方法包括以下步骤：
步骤1：空间站太阳翼干扰信号由太阳翼控制的速度环传输至判断模块1，判断出空间站太阳翼干扰信号的干扰类型。
步骤2：第一开关模块6、第二开关模块7和第三开关模块8根据干扰类型调整对应的巴特沃斯低通滤波器2、结构滤波器3和干扰抑制滤波器4接入电路的方式。
根据干扰类型调整电路包括以下七种情况：
情况1：干扰类型为高频干扰时，flag_Butterworth模块的开关系数置于1，flag_NotchFilter模块和flag_RejectionFilter模块的开关系数均置于0，巴特沃斯低通滤波器串联入电路，结构滤波器和干扰抑制滤波器短路；
情况2：干扰类型为特定频率点干扰时，flag_NotchFilter模块的开关系数置于1，flag_Butterworth模块和flag_RejectionFilter模块的开关系数均置于0，结构滤波器串联入电路，巴特沃斯低通滤波器和干扰抑制滤波器短路；
情况3：干扰类型为周期干扰时，flag_RejectionFilter模块的开关系数置于1，flag_Butterworth模块和flag_NotchFilter模块的开关系数均置于0，干扰抑制滤波器串联入电路，巴特沃斯低通滤波器和结构滤波器短路；
情况4：干扰类型为高频干扰和特定频率点干扰时，flag_Butterworth模块和flag_NotchFilter模块的开关系数均置于1，flag_RejectionFilter模块开关系数置于0，巴特沃斯低通滤波器和结构滤波器串联入电路，干扰抑制滤波器短路；
情况5：干扰类型为高频干扰和周期干扰时，flag_Butterworth模块和flag_RejectionFilter模块的开关系数均置于1，flag_NotchFilter模块开关系数置于0，巴特沃斯低通滤波器和干扰抑制滤波器串联入电路，结构滤波器短路；
情况6：干扰类型为特定频率点干扰和周期干扰时，flag_NotchFilter模块和flag_RejectionFilter模块的开关系数均置于1，flag_Butterworth模块开关系数置于0，结构滤波器和干扰抑制滤波器串联入电路，巴特沃斯低通滤波器短路；
情况7：干扰类型为高频干扰、特定频率点干扰和周期干扰共同存在时，flag_Butterworth模块、flag_NotchFilter模块和flag_RejectionFilter模块的开关系数均置于1，巴特沃斯低通滤波器、结构滤波器和干扰抑制滤波器串联入电路。步骤3：空间站太阳翼干扰通过调整连接方式的巴特沃斯低通滤波器2、结构滤波器3和干扰抑制滤波器4，进行组合滤波来控制太阳翼速度，生成过滤后的信号。
步骤4：过滤后的信号传输至输出模块5，输出至太阳翼控制的电流环，完成速度控制。
本发明的工作原理：
空间站太阳翼干扰由太阳翼控制的速度环传输至判断模块，判断出空间站太阳翼干扰的干扰类型；第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块根据干扰类型调整对应的巴特沃斯低通滤波器、结构滤波器和干扰抑制滤波器接入电路的方式；空间站太阳翼干扰通过调整连接方式的巴特沃斯低通滤波器、结构滤波器和干扰抑制滤波器，进行组合滤波来控制太阳翼速度，生成过滤后的信号；过滤后的信号传输至输出模块，输出至太阳翼控制的电流环，完成速度控制。
综上所述，本发明一种基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制系统及方法，解决了单一滤波器对太阳翼速度稳定控制精度低和稳定性差的问题，通过多种滤波器组合滤波的方式，分别对不同类型的空间太阳翼干扰有效过滤，实现了空间站实验舱太阳翼多种干扰的有效滤除，有效抑制了空间站太阳翼挠性振动，保证了太阳翼速度的稳定控制。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制系统，其特征在于，包括：
判断模块，输入端与太阳翼控制的速度环连接，判断出空间站太阳翼干扰信号的干扰类型；所述干扰类型包括高频干扰、特点频率点干扰、周期干扰中任意一种或任意两种或三种同时存在的七种类型；
第一开关模块，输入端与所述判断模块的输出端连接；
巴特沃斯低通滤波器，输入端与所述第一开关模块的第一输出端连接，对所述干扰类型包括高频干扰的干扰信号进行高频干扰抑制；
第二开关模块，第一输入端与所述巴特沃斯低通滤波器的输出端连接，第二输入端与所述第一开关模块的第二输出端连接；
结构滤波器，输入端与所述第二开关模块的第一输出端连接，对所述干扰类型包括特定频率点干扰的干扰信号进行特定频率点干扰抑制；
第三开关模块，第一输入端与所述结构滤波器的输出端连接，第二输入端与所述第二开关模块的第二输出端连接，第一输出端与太阳翼控制的电流环连接；
干扰抑制滤波器，输入端与所述第三开关模块的第二输出端连接，输出端与太阳翼控制的电流环连接，对所述干扰类型包括周期干扰的干扰信号进行周期干扰抑制。
2.如权利要求1所述的基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制系统，其特征在于，该控制系统还包括输出模块，第一输入端与所述第三开关模块的第一输出端连接，第二输入端与所述干扰抑制滤波器的输出端连接，输出端与太阳翼控制的电流环连接。
3.如权利要求1所述的基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制系统，其特征在于，所述第一开关模块为flag_Butterworth模块；所述flag_Butterworth模块的开关系数置于1，则所述第一开关模块的第一输出端闭合且第二输出端断开，所述巴特沃斯低通滤波器串联入电路；所述flag_Butterworth模块的开关系数置于0，则所述第一开关模块的第二输出端闭合且第一输出端断开，所述巴特沃斯低通滤波器短路。
4.如权利要求3所述的基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制系统，其特征在于，所述第二开关模块为flag_NotchFilter模块；所述flag_NotchFilter模块的开关系数置于1，则所述第二开关模块的第一输出端闭合且第二输出端断开，所述结构滤波器串联入电路；所述flag_NotchFilter模块的开关系数置于0，则所述第二开关模块的第二输出端闭合且第一输出端断开，所述结构滤波器短路。
5.如权利要求4所述的基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制系统，其特征在于，所述第三开关模块为flag_RejectionFilter模块；所述flag_RejectionFilter模块的开关系数置于1，则所述第三开关模块的第一输出端闭合且第二输出端断开，所述干扰抑制滤波器串联入电路；所述flag_RejectionFilter模块的开关系数置于0，则所述第三开关模块的第二输出端闭合且第一输出端断开，所述干扰抑制滤波器短路。
6.如权利要求5所述的基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制系统，其特征在于，所述干扰类型中包含高频干扰，则所述flag_Butterworth模块的开关系数置于1，否则所述flag_Butterworth模块的开关系数置于0。
7.如权利要求6所述的基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制系统，其特征在于，所述干扰类型中包含特点频率点干扰，则所述flag_NotchFilter模块的开关系数置于1，否则所述flag_NotchFilter模块的开关系数置于0。
8.如权利要求7所述的基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制系统，其特征在于，所述干扰类型中包含周期干扰，则所述flag_RejectionFilter模块的开关系数置于1，否则所述flag_RejectionFilter模块的开关系数置于0。
9.一种基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制方法，其特征在于，该方法是基于如权利要求1-8中任意一项所述的基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定系统实现的，该方法包括以下步骤：
步骤1：空间站太阳翼干扰信号由太阳翼控制的速度环传输至所述判断模块，判断出空间站太阳翼干扰信号的干扰类型；
步骤2：所述第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块根据所述干扰类型调整对应的所述巴特沃斯低通滤波器、结构滤波器和干扰抑制滤波器接入电路的方式；
步骤3：空间站太阳翼干扰通过调整连接方式的所述巴特沃斯低通滤波器、结构滤波器和干扰抑制滤波器，进行组合滤波来控制太阳翼速度，生成过滤后的信号；
步骤4：所述过滤后的信号传输至输出模块，输出至太阳翼控制的电流环，完成速度控制。
10.如权利要求9所述的基于多滤波器结构的太阳翼速度稳定控制方法，其特征在于，根据所述干扰类型调整电路包括以下七种情况：
情况1：所述干扰类型为高频干扰时，所述flag_Butterworth模块的开关系数置于1，所述flag_NotchFilter模块和所述flag_RejectionFilter模块的开关系数均置于0，所述巴特沃斯低通滤波器串联入电路，所述结构滤波器和所述干扰抑制滤波器短路；
情况2：所述干扰类型为特定频率点干扰时，所述flag_NotchFilter模块的开关系数置于1，所述flag_Butterworth模块和所述flag_RejectionFilter模块的开关系数均置于0，所述结构滤波器串联入电路，所述巴特沃斯低通滤波器和所述干扰抑制滤波器短路；
情况3：所述干扰类型为周期干扰时，所述flag_RejectionFilter模块的开关系数置于1，所述flag_Butterworth模块和所述flag_NotchFilter模块的开关系数均置于0，所述干扰抑制滤波器串联入电路，所述巴特沃斯低通滤波器和所述结构滤波器短路；
情况4：所述干扰类型为高频干扰和特定频率点干扰时，所述flag_Butterworth模块和所述flag_NotchFilter模块的开关系数均置于1，所述flag_RejectionFilter模块开关系数置于0，所述巴特沃斯低通滤波器和所述结构滤波器串联入电路，所述干扰抑制滤波器短路；
情况5：所述干扰类型为高频干扰和周期干扰时，所述flag_Butterworth模块和所述flag_RejectionFilter模块的开关系数均置于1，所述flag_NotchFilter模块开关系数置于0，所述巴特沃斯低通滤波器和所述干扰抑制滤波器串联入电路，所述结构滤波器短路；
情况6：所述干扰类型为特定频率点干扰和周期干扰时，所述flag_NotchFilter模块和所述flag_RejectionFilter模块的开关系数均置于1，所述flag_Butterworth模块开关系数置于0，所述结构滤波器和所述干扰抑制滤波器串联入电路，所述巴特沃斯低通滤波器短路；
情况7：所述干扰类型为高频干扰、特定频率点干扰和周期干扰共同存在时，所述flag_Butterworth模块、所述flag_NotchFilter模块和所述flag_RejectionFilter模块的开关系数均置于1，所述巴特沃斯低通滤波器、所述结构滤波器和所述干扰抑制滤波器串联入电路。
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