一种矢量调节机构的安全限位方法与流程

本发明涉及机电一体化控制领域，特别是一种矢量调节机构的安全限位方法。

背景技术

dfh-3b平台可采用电推进系统完成15年南北位保，电推进系统包括电推力器及供配电处理单元、贮供系统和控制模块等，通过电推力器点火提供卫星南北位保所需推力。电推力器每天在轨工作时间较长，为减小推力器点火过程中推力方向偏离星体质心造成的干扰力矩影响，电推进分系统配置矢量调节机构，作为电推力器的支撑并调整电推力器的方向，保证全寿命周期内推力器的推力矢量通过整星质心。

为了避免滑块在运动过程中超出安全范围，造成卡死或矢量调节机构的机械损伤，需要设计限位措施。现有限位方法是在矢量调节机构的滑块两端配备硬件限位开关，当滑块碰触到硬限位开关时，控制软件发送指令使矢量调节机构停转。

采用现有限位方法时，由于控制参数是将矢量调节机构的复杂非线性模型进行线性化得到的，控制过程中存在超调，滑块常常需要在目标位置周围进行若干次震荡调整才能实现精度指标，存在超调过程，在目标角度对应的滑块位置接近硬限位时，滑块可能会误碰硬限位，导致机构停转，无法实现精确控制，另外，多次碰触硬限位也会增加机械损伤的风险。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种矢量调节机构的安全限位方法，减小矢量调节机构运动时的超调量，并保证矢量调节机构在安全范围内停止运动，不触碰硬限位开关，避免了机械损伤。

本发明的技术解决方案是：一种矢量调节机构的安全限位方法，包括如下步骤：

(1)计算矢量调节机构目标角度、矢量调节机构当前角度的误差为δα＝αc-α,δβ＝βc-β，进而得到矢量调节机构第一滑块的位移δd1、第二滑块的位移δd2，其中，αc、βc为矢量调节机构目标角度；

(2)获取矢量调节机构第一滑块、第二滑块的单次最大移动距离δdmax，对矢量调节机构第一滑块的位移δd1、第二滑块的位移δd2进行修正；

(3)根据矢量调节机构第一滑块、第二滑块的当前位置d1，d2，估计控制后第一滑块、第二滑块的实际滑块位置分别为d1p，d2p；

(4)获取矢量调节机构第一滑块的软限位范围为[d1min,d1max]、第二滑块的软限位范围为[d2min,d2max]，并对矢量调节机构第一滑块的位移δd1、第二滑块的位移δd2进行修正；

(5)根据修正后的矢量调节机构第一滑块的位移δd1、第二滑块的位移δd2控制第一滑块、第二滑块移动，进而得到矢量调节机构第一滑块、第二滑块的当前位置分别为

(6)根据步骤(5)得到的矢量调节机构第一滑块、第二滑块的当前位置计算得到矢量调节机构对应的当前角度值α、β，进而计算得到矢量调节机构的当前角度误差分别为δα＝αc-α,δβ＝βc-β，若满足精度要求，则矢量调节机构控制结束，若不满足精度要求，获取矢量调节机构最大控制迭代次数，如果矢量调节机构控制次数未达到设定次数，则返回步骤(1)，如果矢量调节机构控制次数达到设定次数，则矢量调节机构控制结束。

所述的步骤(2)中获取矢量调节机构第一滑块、第二滑块的单次最大移动距离δdmax，对矢量调节机构第一滑块的位移δd1、第二滑块的位移δd2进行修正的方法为：

如果δd1>δdmax，令δd1＝δdmax，如果δd1<-δdmax，令δd1＝-δdmax，如果δd2>δdmax，令δd2＝δdmax，如果δd2<-δdmax，令δd2＝-δdmax。

所述的步骤(3)中估计控制后第一滑块、第二滑块的实际滑块位置分别为d1p，d2p的方法为：

所述的步骤(4)中对对矢量调节机构第一滑块的位移δd1、第二滑块的位移δd2进行修正的方法为：

如果d1p>d1max，令δd1＝d1max-d1，如果d1p<d1min，令δd1＝d1min-d1，如果d2p>d2max，令δd2＝d2max-d2，如果d2p<d2min，令δd2＝d2min-d2。

一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-权利要求4任一所述方法的步骤

一种矢量调节机构的安全限位控制设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述的处理器执行所述的计算机程序时实现如权利要求1-权利要求4任一所述方法的步骤。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明与现有技术相比，通过对控制量进行限幅，减小矢量调节机构滑块运动过程中的超调量；

(2)本发明通过硬限位内侧设计软限位，在每次控制前预估滑块位置，若超出软限位，则调整控制量使控制滑块运动到软限位处即停止，从而保证了矢量调节机构在安全范围内运动，不触碰硬限位开关，避免了机械损伤。

(3)本发明与现有技术相比，通过对控制量进行限幅以及增加软限位的组合控制，减小了超调，避免了在达到期望精度之前停止控制，提高了控制精度。

附图说明

图1为矢量调节机构结构图；

图2为简化的矢量调节机构结构示意图；

图3为矢量调节机构安全限位方法流程图。

具体实施方式

矢量调节机构的结构如图1所示，简化后的示意图如图2所示。通过电机驱动两个滑块运动可以实现两个方向的角度调节。

矢量调节机构是一个复杂的非线性系统，考虑在轨使用工况，为了节约星上资源，提高软件可靠性，对矢量调节机构的控制采用线性的简化控制算法。将矢量调节机构模型简化为线性系统，根据转角α和β及目标角度αc、βc计算得到滑块需要移动的距离δd1和δd2，控制滑块移动从而实现目标角度的调节：

其中，系数k为根据矢量调节机构非线性模型进行线性拟合得到的信息，角度误差δα＝αc-α,δβ＝βc-β，一次调节后计算转角α和β和目标角度之间的差值，若不符合精度要求，重复上述过程直至精度符合要求或迭代次数超出规定的最大值。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

给定两个滑块的限位值d1min，d1max，d2min，d2max，四个限位值对应的位置在相应硬限位内侧，设计控制方法使滑块在限位范围内运动。另外，为了减小超调，对控制量进行限幅，规定单次最大移动距离为δdmax。

矢量调节机构安全限位方法的主要流程如图3所示，具体实施步骤如下：

(1)计算目标角度和当前角度之间的误差δα＝αc-α,δβ＝βc-β，根据原控制算法计算出滑块1和2的位移δd1和δd2：

(2)判断|δd1|和|δd2|是否超过单次最大移动距离δdmax，如果δd1>δdmax，令δd1＝δdmax，如果δd1<-δdmax，令δd1＝-δdmax，如果δd2>δdmax，令δd2＝δdmax，如果δd2<-δdmax，令δd2＝-δdmax。

(3)根据当前滑块位置d1，d2，估计控制后的实际滑块位置：

(4)判断d1p，d2p是否超出设置的软限位，若超出软限位则对控制量进行调整：如果d1p>d1max，令δd1＝d1max-d1；如果d1p<d1min，令δd1＝d1min-d1；如果d2p>d2max，令δd2＝d2max-d2；如果d2p<d2min，令δd2＝d2min-d2。

(5)控制滑块移动位移δd1、δd2，得到当前位置：

(6)根据矢量调节机构的精确模型计算得到此时对应的角度值α和β，计算角度误差δα＝αc-α,δβ＝βc-β，判断是否满足精度要求，若满足，控制结束；若不满足，设定最大控制迭代次数为nmax，判断控制次数是否达到设定次数nmax，若未达到nmax，返回步骤(1)，若达到nmax，控制结束。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。