一种基于名义模型的冷原子重力仪主动隔振控制方法.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CN113672002A(43)申请公布日2021.11.19(21)申请号202110969292.X(22)申请日2021.08.23(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曾伟樊莉丽刘清平(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.G05D19/02(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种基于名义模型的冷原子重力仪主动隔振控制方法(57)摘要本发明提供了一种基于名义模型的冷原子重力仪主动隔振控制方法，包括以下步骤：建立冷原子重力仪主动隔振模型；建立真实对象的名义模型；设计所述名义模型的控制律；设计冷原子重力仪主动隔振系统的控制律，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，通过建立名义模型，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。CN113672002ACN113672002A权利要求书1/2页1.一种基于名义模型的冷原子重力仪主动隔振控制方法，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；建立真实对象的名义模型；设计所述名义模型的控制律；设计冷原子重力仪主动隔振系统的控制律。2.根据权利要求1所述的一种基于名义模型的冷原子重力仪主动隔振控制方法，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，F为音圈电机产生的力，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；令F表示为：F＝KVCYVCu(2)其中，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；将F带入(1)式，即得(3)式两边除KVCYVC/m，即得2定义J＝2ξ0ω0m/KVCYVC，B＝ω0m/KVCYVC并带入(4)式，得到冷原子重力仪主动隔振模型为：。3.根据权利要求2所述的一种基于名义模型的冷原子重力仪主动隔振控制方法，其特征在于，建立真实对象的名义模型的步骤包括：其中，xn为名义模型拉曼反射镜的振动位移，为名义模型拉曼反射镜的振动速度，为名义模型拉曼反射镜的振动加速度，μ为名义模型控制器输入，Jn，Bn分别为J，B的名义值；定义振动位移的期望值为xd，为振动位移期望值xd的一阶导数，为振动位移期望值xd的二阶导数；定义名义模型的跟踪误差为e＝xn‑xd，则其一阶导数为二阶导数为并将其代入(6)式：定义m/KVCYVC＝C，并带入(7)式，即得到真实对象的名义模型：。4.根据权利要求3所述的一种基于名义模型的冷原子重力仪主动隔振控制方法，其特2CN113672002A权利要求书2/2页征在于，设计名义模型的控制律的步骤包括：将(8)式代入(9)式：2其中，h1,h2为正系数，且满足σ+(Jn/C+h2)σ+Bn/C+h1为Hurwitz，σ为Laplace算子；22取(σ+k)＝0,k＞0，得到Jn/C+h2＝2k，Bn/C+h1＝k，通过k的取值得到h1,h2。5.根据权利要求4所述的一种基于名义模型的冷原子重力仪主动隔振控制方法，其特征在于，建立冷原子重力仪主动隔振系统的控制律的步骤包括：定义：Jm≤J≤JM,Bm≤B≤BM,|d|≤dM(11)其中，Jm,JM是正常数，分别为J的下界和上界，Bm,BM是正常数，为B的下界和上界，dM为d的上界；定义：en＝x‑xn；定义滑模面为：其中λ＞0，且λ＝Bn/Jn；定义：Ja＝1/2(Jm+JM)(13)Ba＝1/2(Bm+BM)(14)则得到冷原子重力仪主动隔振系统的控制律：其中，K,h为正系数。3CN113672002A说明书1/6页一种基于名义模型的冷原子重力仪主动隔振控制方法技术领域[0001]本发明涉及冷原子重力仪主动隔振技术领域，尤其涉及一种基于名义模型的冷原子重力仪主动隔振控制方法。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，其中振动噪声是影响原子重力仪最重要的因素。目前商用被动隔振平台的自振频率最小可以调至0.5Hz，可以用来隔离10Hz以上的地面振动对于原子重力仪的影响，但是原子重力