基于检验质量加速度PSD指标的无拖曳控制系统设计方法与流程

技术特征：
1.基于检验质量加速度psd指标的无拖曳控制系统设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)构建无拖曳控制系统，使其为前向回路包括微分环节串联有惯性环节的pid控制器、推进系统和惯性传感器，推进系统与惯性传感器之间存在外扰力加速度噪声的单位负反馈闭环系统，通过pid控制器驱动推进系统对航天器惯性传感器中的检验质量的位移进行控制，设计参数包括pid参数、pid控制器微分环节所串联惯性环节的时间常数t
d
、控制刷新率f
s
，外扰力加速度噪声的噪声包络参数，推进系统的推进时间常数；(2)基于无拖曳控制系统的检验质量加速度psd指标要求所指定频段的上确界频率ω
h
设计pid参数，根据pid参数确定f
s
，并根据f
s
确定t
d
；(3)预设噪声包络参数和推进时间常数，结合(2)中设计的pid参数、f
s
和t
d
，核算无拖曳控制系统的稳定裕度，若满足稳定裕度指标，进入步骤(4)，否则调节pid参数使无拖曳控制系统带宽ω
c
降低，直至稳定裕度满足指标要求，进入步骤(4)；(4)核算无拖曳控制系统在检验质量加速度psd指标要求所指定频段上的检验质量加速度psd设计值是否满足要求，若满足，进入步骤(6)，否则进入步骤(5)；(5)减小推进时间常数和/或降低噪声包络参数，并相应调整pid参数、f
s
和t
d
，直至无拖曳控制系统的稳定裕度满足指标要求且其检验质量加速度psd设计值满足所指定频段上的检验质量加速度psd指标要求；(6)输出满足要求的设计参数。2.根据权利要求1所述的基于检验质量加速度psd指标的无拖曳控制系统设计方法，其特征在于，所述步骤(2)中，基于无拖曳控制系统的检验质量加速度psd指标指定频段的上确界频率ω
h
设计pid参数，具体为：取无拖曳控制系统带宽ω
c
比检验质量加速度psd指标指定频段的上确界频率ω
h
大一个量级根据以下表达式选取pid参数：个量级根据以下表达式选取pid参数：个量级根据以下表达式选取pid参数：式中，k
p
为比例系数、k
i
为积分系数、k
d
为微分系数，为检验质量负刚度系数，ξ为阻尼系数。3.根据权利要求2所述的基于检验质量加速度psd指标的无拖曳控制系统设计方法，其特征在于，所述步骤(2)中，根据pid参数确定f
s
，具体为：f
s
满足以下表达式：其中π为圆周率。4.根据权利要求3所述的基于检验质量加速度psd指标的无拖曳控制系统设计方法，其特征在于，所述步骤(2)中，根据f
s
确定t
d
，具体为：5.根据权利要求4所述的基于检验质量加速度psd指标的无拖曳控制系统设计方法，其特征在于，所述噪声包络参数包括中高频白噪声的psd值s
m
和低频粉红噪声驱动白噪声的
标准差σ
l
。6.根据权利要求5所述的基于检验质量加速度psd指标的无拖曳控制系统设计方法，其特征在于，所述低频粉红噪声驱动白噪声的标准差σ
l
通过以下方法确定：在低频粉红噪声psd包络曲线上任取频点f＝f0所对应的坐标点(f0，s1(f0))，并按下式计算出：7.根据权利要求6所述的基于检验质量加速度psd指标的无拖曳控制系统设计方法，其特征在于，所述推进系统采用冷气推进，无拖曳控制系统的检验质量加速度psd设计值通过以下表达式计算：以下表达式计算：式中，s
x1
(ω)为推进系统采用冷气推进时无拖曳控制系统的检验质量加速度psd设计值，ω为圆频率自变量，τ1为冷气推进延迟时间，τ2为冷气推进惯性环节时间常数。8.根据权利要求6所述的基于检验质量加速度psd指标的无拖曳控制系统设计方法，其特征在于，所述推进系统采用电推进，无拖曳控制系统的检验质量加速度psd设计值通过以下表达式计算：下表达式计算：式中，s
x2
(ω)为推进系统采用电推进时无拖曳控制系统的检验质量加速度psd设计值，τ3为电推进延迟时间，τ4为电推进惯性环节时间常数，ζ为电推进二阶振荡环节的阻尼系数。9.根据权利要求1～8之一所述的基于检验质量加速度psd指标的无拖曳控制系统设计方法，所述步骤(5)中，调整推进时间常数和/或降低噪声包络参数，并相应调整pid参数、f
s
和t
d
，直至无拖曳控制系统的稳定裕度满足指标要求且其检验质量加速度psd值满足指标要求，具体为：缩短推进时间常数和/或减小噪声包络参数；缩短推进时间常数时，以拓展ω
c
为目标，增大pid参数，增大控制刷新率f
s
，并由f
s
确定t
d
。10.根据权利要求1～8之一所述的基于检验质量加速度psd指标的无拖曳控制系统设计方法，其特征在于，所述步骤(3)中，调节pid参数使系统带宽ω
c
降低，直至稳定裕度满足指标要求，具体为：在满足稳定裕度指标的前提下尽可能少地降低pid参数的取值。

技术总结
本发明提供了一种基于检验质量加速度PSD指标的无拖曳控制系统设计方法，包括以下步骤：基于无拖曳控制系统检验质量加速度PSD指标要求所指定频段的上确界频率设计PID参数、控制刷新率与PID控制器中微分环节所串联的惯性环节的时间常数；核算无拖曳控制系统的检验质量加速度PSD设计值在指定频段上是否满足指标要求，减小推进时间常数和/或降低噪声包络参数，并相应调整PID参数和控制刷新率，直至无拖曳控制系统的稳定裕度满足指标要求且其检验质量加速度PSD设计值在指定频段上满足指标要求；输出满足要求的设计参数。本发明基于外扰力噪声加速度PSD包络建立检验质量加速度PSD指标表达式，给出位移无拖曳控制系统的系统性设计方法。统性设计方法。统性设计方法。


技术研发人员：苟兴宇 邹奎 王丽娇 陶佳伟 谈树萍 刘其睿 蒋庆华 王绍凯 李明群 李声涛
受保护的技术使用者：北京控制工程研究所
技术研发日：2022.08.10
技术公布日：2022/11/18