主动隔振系统激励器电流分配优化设计

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1、第２１卷第５期载人航天Ｖｏｌ.２１Ｎｏ.５２０１５年９月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＳｅｐ.２０１５主动隔振系统激励器电流分配优化设计１,２１,２１,２１,２刘伟,董文博,李宗峰,彭超(１.中国科学院空间应用工程与技术中心,北京１０００９４ꎻ２.中国科学院空间科学与应用总体部,北京１０００９４)摘要:主动隔振控制系统执行机构由八个输出单方向洛伦兹力的激励器构成，输出六自由度的力/力矩。针对八激励器输出力的分配优化问题，建立了力学模型和分配电流模型，并以总功耗最小为性能指标设计了拉格朗日乘子法，获得激励器分配电流解析解。当激励器分配电流超出电流边界时，进行二次优化，进一步提高执行机构输出零

2、误差的能力。为保证控制系统对执行机构输出精度要求，分析了激励器各项误差允许范围。数值仿真结果表明，拉格朗日乘子法进行激励器电流优化分配的力可以达到系统要求，变化平稳，同时计算效率较高，具有一定的工程应用价值。关键词:主动隔振；洛伦兹力激励器；电流分配；拉格朗日乘子法；二次优化中图分类号:ＴＰ３０２.７；Ｖ５２４文献标识码:Ａ文章编号:１６７４-５８２５(２０１５)０５-０５２２-０８ＯｐｔｉｍａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＣｕｒｒｅｎｔＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎＡｃｔｕａｔｏｒｓｉｎＡｃｔｉｖｅＶｉｂｒａｔｉｏｎＩｓｏｌａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ１，２１，２１，２１，２ＬＩＵＷｅｉ，ＤＯＮＧＷｅｎｂｏ，Ｌ

3、ＩＺｏｎｇｆｅｎｇ，ＰＥＮＧＣｈａｏ(１.ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｅｎｔｅｒｆｏｒＳｐａｃｅＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ；２.ＧｅｎｅｒａｌＥｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆＳｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅａｃｔｕａｔｏｒｏｆｔｈｅａｃｔｉｖｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｅｉｇｈｔｏｎｅ-ｄｉｍｅｎ-ｓ

4、ｉｏｎＬｏｒｅｎｔｚｆｏｒｃｅａｃｔｕａｔｏｒｓｐｒｏｖｉｄｉｎｇｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｃｅａｎｄｔｏｒｑｕｅｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙｉｎｓｉｘｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ.Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｐｒｏｂｌｅｍｏｆｆｏｒｃｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｅｉｇｈｔａｃｔｕａｔｏｒｓ，ｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｆｏｒｃｅａｎｄｔｈｅｍｏｄ-ｅｌｏｆｃｕｒｒｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎｄｔｈｅＬａｇｒａｎｇｅｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｍｅｔｈｏｄｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｔｏｔａｌｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｓｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎ

5、ｃｅｉｎｄｅｘ.Ｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｃｕｒｒｅｎｔｄｉｓｔｒｉ-ｂｕｔｉｏｎｏｆａｃｔｕａｔｏｒｓｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ.Ｗｈｅｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｅｘｃｅｅｄｓｔｈｅｂｏｒｄｅｒ，ｔｗｉｃｅｏｐｔｉｍａｌｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｚｅｒｏｅｒｒｏｒｏｕｔｐｕｔｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅａｃｔｕａｔｏｒ.Ｔｏｓａｔｉｓｆｙｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅａｃｔｕａｔｏｒ，ｅａｃｈｅｒｒｏｒｒａｎｇｅａｌｌｏｗｅｄｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ.Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅＬａ

6、ｇｒａｎｇｅｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｍｅｔｈｏｄｉｓｏｆｓｍｏｏｔｈｏｕｔｐｕｔ，ｈｉｇｈｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａｌａｐ-ｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ａｃｔｉｖｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ｌｏｒｅｎｔｚｆｏｒｃｅａｃｔｕａｔｏｒ；ｃｕｒｒｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；Ｌａｇｒａｎｇｅｍｕｌｔｉｐｌｉ-ｅｒｍｅｔｈｏｄ；ｔｗｉｃｅｏｐｔｉｍａｌ加拿大等早在上世纪八十年代初就已经开展主１引言[１]动隔振技术研究,研发了ＳＴＡＢＬＥ(Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ[２]良好的微重力水平是微重力科学实验成功ｏｆ

7、ＴｒａｎｓｉｅｎｔＡｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｓｂｙＬｅｖｉｔａｔｉｏｎ)、ＭＩＭ的重要保障。然而载人航天器受到各种扰动力(ＭｉｃｒｏｇｒａｖｉｔｙＶｉｂｒａｔｉｏｎＩｓｏｌａｔｉｏｎＭｏｕｎｔ)系列、[３]的影响,内部微重力水平并不理想,为此,美国、ＡＲＩＳ(ＡｃｔｉｖｅＲａｃｋＩｓｏｌａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ)和ｇ-ＬＩＭ-收稿日期:２０１５-０１-０９ꎻ修回日期:２０１５-０７-３０作者简介:刘伟