基于高增益观测器滑模控制的冷原子重力仪主动隔振方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113848721A(43)申请公布日2021.12.28(21)申请号202111177535.2(22)申请日2021.10.09(71)申请人九江学院地址332005江西省九江市濂溪区前进东路551号(72)发明人罗东云邓长寿张波彭辉刘清平(74)专利代理机构常州品益专利代理事务所(普通合伙)32401代理人侯慧娜(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书4页说明书9页附图4页(54)发明名称基于高增益观测器滑模控制的冷原子重力仪主动隔振方法(57)摘要本发明提供了基于高增益观测器滑模控制的冷原子重力仪主动隔振方法，包括以下步骤：建立冷原子重力仪主动隔振模型；设计冷原子重力仪主动隔振系统的高增益观测器，对主动隔振系统内部参数变化的不确定性和外部地面振动不确定干扰进行观测；设计高增益观测器滑模控制律，解决了目前控制方法没有考虑地面振动等外界扰动随机性和模型不确定性的问题，通过建立高增益观测器滑模控制方法，使得冷原子重力仪主动隔振系统的振动速度和振动位移迅速收敛，进而提高冷原子重力仪主动隔振系统的控制精度。CN113848721ACN113848721A权利要求书1/4页1.基于高增益观测器滑模控制的冷原子重力仪主动隔振方法，其特征在于，包括以下步骤：建立冷原子重力仪主动隔振模型；设计冷原子重力仪主动隔振系统的高增益观测器，对主动隔振系统内部参数变化的不确定性和外部地面振动不确定干扰进行观测；设计高增益观测器滑模控制律。2.根据权利要求1所述的基于高增益观测器滑模控制的冷原子重力仪主动隔振方法，其特征在于，建立冷原子重力仪主动隔振模型的步骤包括：其中，ξ0为系统阻尼系数，ω0为系统自振频率，x为拉曼反射镜的振动位移，为拉曼反射镜的振动速度，为拉曼反射镜的振动加速度，y为地面振动位移，为地面振动速度，m为拉曼反射镜的质量，u为控制器输入，KVC为音圈电机电流增益系数，YVC为电压转电流增益系数；定义：b＝KVCYVC/m；k1＝‑2ξ0ω0；2k2＝‑ω0并将其带入式(1)，得到冷原子重力仪主动隔振模型为：3.根据权利要求2所述的基于高增益观测器滑模控制的冷原子重力仪主动隔振方法，其特征在于，设计冷原子重力仪主动隔振系统高增益观测器的步骤包括：式(2)表示为：其中，|f(t)|≤L；L是正常数，为f(t)的上界；高增益观测器设计为:其中为观测器状态值，α1,α2,α3,ε为系数，且α1＞0,α2＞0,α3＞0,ε＞0；2CN113848721A权利要求书2/4页定义：Tη＝[η1η2η3](5)由于：其中为f(t)的一阶导数，则，观测误差状态为：其中，矩阵的特征方程为：则有：2(λ+α1)λ+α2λ+α3＝0；32且λ+α1λ+α2λ+α3＝0；选择αi(i＝1,2,3)，使矩阵为Hurwitz；则对于任意给定的对称正定矩阵Q，存在对称正定矩阵W满足Lyapunov方程，即有：定义高增益观测器的Lyapunov函数为：TV0＝εUWU(12)则：其中||U||为U的范数，为的范数，为的范数，且：3CN113848721A权利要求书3/4页其中λmin(Q)为Q的最小特征值；由可得高增益观测器的收敛条件为：4.根据权利要求3所述的基于高增益观测器滑模控制的冷原子重力仪主动隔振方法，其特征在于，设计高增益观测器滑模控制律的步骤包括：设计滑模函数：定义振动位移的期望值为x1d，为振动位移期望值x1d的一阶导数，为振动位移期望值x1d的二阶导数；其中，c＞0,e＝x‑x1d；设计基于扩张观测器的滑模控制器：其中，2取滑模控制器的Lyapunov函数Vs＝1/2s，则：其中，取则：2取α＝2kg‑1,f(t)＝1/2Δmax，则不等式方程的解为：取kg＞1/2，则：2由于Vs(t)≥0,因此t→∞时，Vs(t)≤1/2(2kg‑1)Δmax，收敛速度取决于控制器的增益4CN113848721A权利要求书4/4页kg和观测器参数ε。5CN113848721A说明书1/9页基于高增益观测器滑模控制的冷原子重力仪主动隔振方法技术领域[0001]本发明涉及冷原子重力仪主动隔振技术领域，尤其涉及一种基于高增益观测器滑模控制的冷原子重力仪主动隔振方法。背景技术[0002]冷原子重力仪是近二十年来快速发展起来的一种新型量子传感器，它的作用是利用激光冷却、原子干涉等技术实现高精度、高灵敏度的重力加速度测量。目前，冷原子重力仪的测量精度已达到微伽，可用于矿产资源勘探、地质构造研究、油气普查、科学领域谱识性常亮确定、物质间引力等精密工程测量领域。[0003]在实际测量中，原子重力测量的精度收到地面振动噪声、拉曼光相位噪声和探测噪声等影响，其中振动噪声是影