[发明专利]一种太空太阳能电站跟日模型运动控制系统

摘要

本发明公开了一种太空太阳能电站跟日模型运动控制系统，包括：柔索支撑系统，采用六索并联机构实现跟日/聚光机构运动到目标位置和姿态，并做跟日运动；跟日/聚光机构，在柔索驱动下做跟日运动，用于收集太阳光；控制系统，用于实现跟日/聚光机构的精准定位，在非线性跟踪微分器的基础上采用了改进的插值模糊控制算法；测量系统，采用Leica测量仪和360度棱镜实现跟日/聚光机构的跟踪测量，并将实时测得的数据输出到专用运动控制卡。本发明的太空太阳能电站跟日模型运动控制系统可靠性高、稳定性好、成本低、控制方式灵活、可扩展、具有较好的控制效果，可以模拟太空中真实系统的运作，以最大效率收集太阳光。

主权项

1.一种太空太阳能电站跟日模型运动控制系统，其特征在于，所述太空太阳能电站跟日模型运动控制系统包括：柔索支撑系统，用于悬吊跟日/聚光机构，且采用六索并联机构结合电机驱动模块使其运动到目标位置和姿态，并做跟日运动；跟日/聚光机构，在柔索驱动下做跟日运动，用于收集太阳光；控制系统，用于实现跟日/聚光机构的精准定位，在非线性跟踪微分器的基础上采用了改进的插值模糊控制算法；测量系统，采用Leica测量仪和360度棱镜，利用激光测量技术实现跟日/聚光机构的跟踪测量，并将实时测得的数据输出到专用运动控制卡；3个360度棱镜安装于跟日/聚光机构的3个特定位置，用于确定跟日/聚光机构的位姿；Leica测量仪分别发射激光到对应棱镜的中心，根据激光干涉原理得到棱镜位置数据，最终经过运算得出跟日/聚光机构的实际位姿，再将其与理论位姿比较后的数据送入专用运动控制卡，经过控制算法得到控制信号控制交流伺服电机，实现收索和放索，达到调整跟日/聚光机构的位姿，使其始终以最大效率接收太阳光照射的能量；所述专用运动控制卡采用基于非线性跟踪微分器的改进的的插值模糊控制算法，包括两个二阶非线性跟踪微分器TD和一个引入了自适应滤波与三次样条插值算法的模糊控制器，其中一个非线性跟踪微分器处于反馈回路中；二阶非线性跟踪微分器，在外界噪声信号的干扰下提供参考输入信号及其微分信号，对其输入一个信号r(t)，将得到输出r₁(t)和r₂(t)，如式(1)所示：其中r₁(t)跟踪输入信号r(t)，r₂(t)是r₁(t)的微分，β为决定过渡过程快慢的速度因子，sat为线性饱和函数，其关系式如式(2)所示：自适应滤波算法，利用前一时刻已获得的滤波参数结果，自动调节现时刻的滤波参数，滤除随机噪声成分，从而实现最优滤波，其原理如式(3)所示：三次样条插值算法，对滤波后的数据进行插值细分，其原理如式(4)所示：S_i(x)＝a_i+b_i(x‑x_i)+c_i(x‑x_i)²+d_i(x‑x_i)³    (4)式(4)中4个系数的计算公式如式(5)所示：其中h_i＝x_i+1‑x_i为步长，为三次样条曲线的二次微分值；首先输入信号经过TD1会产生参考输入信号及其微分信号，随后与TD2反馈回来的输出信号及其微分信号做差运算，再将得到的信号输入含有自适应滤波和三次样条插值算法的模糊控制器，最后得到输出信号。