扰动抑制系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115981167A(43)申请公布日2023.04.18(21)申请号202310272138.6(22)申请日2023.03.21(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号(72)发明人李醒飞王凡拓卫晓周政赵坤(74)专利代理机构中科专利商标代理有限责任公司11021专利代理师吴梦圆(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图5页(54)发明名称扰动抑制系统(57)摘要本发明提供了一种扰动抑制系统，包括：惯性参考单元，适用于测量在外界扰动信号的作用下惯性参考单元自身发生第一运动的第一角速度和激光光斑的转角；位置控制器适用于根据激光光斑的转角得到第二角速度，速度控制器适用于根据第二角速度和第一角速度生成第一驱动电压；扰动观测机构适用于通过第一端输入的第一驱动电压和通过第二端输入的第一角速度生成用于补偿第一驱动电压的补偿电压，以对外界扰动信号在惯性参考单元处产生的谐振进行补偿；驱动器，适用于根据第一驱动电压和补偿电压对惯性参考单元进行驱动，使惯性参考单元发生第二运动以抵消惯性参考单元在外界扰动信号的作用下发生的第一运动。CN115981167ACN115981167A权利要求书1/2页1.一种扰动抑制系统，其特征在于，包括：惯性参考单元，适用于测量在外界扰动信号的作用下所述惯性参考单元自身发生第一运动的第一角速度和激光光斑的转角；位置控制器和速度控制器，与所述惯性参考单元组成多闭环控制结构，所述位置控制器适用于根据所述激光光斑的转角得到第二角速度，所述速度控制器适用于根据所述第二角速度和所述第一角速度生成第一驱动电压；扰动观测机构，所述扰动观测机构通过第一端与所述速度控制器连接，通过第二端与所述惯性参考单元连接，所述扰动观测机构适用于通过所述第一端输入的所述第一驱动电压和通过所述第二端输入的所述第一角速度生成用于补偿所述第一驱动电压的补偿电压，以对所述外界扰动信号在所述惯性参考单元处产生的谐振进行补偿；驱动器，适用于根据所述第一驱动电压和所述补偿电压对所述惯性参考单元进行驱动，使所述惯性参考单元发生第二运动以抵消所述惯性参考单元在所述外界扰动信号的作用下发生的所述第一运动。2.根据权利要求1所述的扰动抑制系统，其特征在于，所述扰动观测机构包括：扰动观测器，适用于根据所述第一驱动电压以及所述第一角速度得到所述外界扰动信号的估计值；高通滤波器，适用于对所述外界扰动信号的估计值进行滤波，得到所述补偿电压。3.根据权利要求2所述的扰动抑制系统，其特征在于，所述扰动观测器表示如下：其中，u表示所述第一驱动电压，y表示所述第一角速度的大小，表示对所述外界扰动信号的估计值，ωp表示所述谐振的谐振频率，βi表示所述扰动观测器的待调增益，βi＞0，i为1、2、3或4，b0表示所述第一驱动电压的增益，表示对所述外界扰动信号估计的状态向量，表示所述外界扰动信号的估计值的状态向量，表示所述扰动观测器的状态向量，表示所述扰动观测器的状态向量的微分，和表示所述惯性参考单元的参数，表示所述第一角速度的大小的估计值。4.根据权利要求1所述的扰动抑制系统，其特征在于，所述惯性参考单元包括：基座；音圈电机，安装于所述基座上；测量模块，安装于所述音圈电机上，适用于测量所述第一角速度和所述激光光斑的转角；2CN115981167A权利要求书2/2页其中，所述测量模块和所述基座之间通过柔性铰链连接，所述外界扰动信号自所述基座向所述测量模块传递以使所述测量模块产生所述第一运动，同时所述外界扰动信号在通过所述柔性铰链的传递过程中产生谐振。5.根据权利要求4所述的扰动抑制系统，其特征在于，所述惯性参考单元发生所述第二运动产生第四角速度，所述第一驱动电压和所述补偿电压与所述惯性参考单元发生所述第二运动时产生的所述第四角速度之间满足驱动电压‑角速度的理论传递函数；所述理论传递函数的确定过程包括：确定所述惯性参考单元的初始传递函数；向所述驱动器施加混合频率的第二驱动电压并同时采集所述测量模块输出的第三角速度；根据所述第二驱动电压和所述第三角速度对所述初始传递函数的参数进行拟合，得到所述理论传递函数。6.根据权利要求1所述的扰动抑制系统，其特征在于，在所述速度控制器和所述驱动器之间还设置有谐振补偿器，适用于对所述第一驱动电压中的目标频率进行抑制，并将频率抑制后的第一驱动电压输送至所述驱动器。7.根据权利要求5所述的扰动抑制系统，其特征在于，所述测量模块包括：平台；微电子机械系统陀螺仪，安装于所述平台上，适用于对所述平台在所述外界扰动信号的作用下产生的第一频率的角速度进行测量；基于磁流体动力学的角速度传感器，安装于所述平台上，适用于对所述平台在所述外界扰动信号