基于扩展卡尔曼滤波的三轴气浮台质心位置测算方法

2021-10-11胡奇飞

机械工程与自动化 2021年5期

关键词：模型

胡奇飞，李稳

(中联恒通机械有限公司，湖南长沙 410073)

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三轴气浮台通过气浮球轴承实现近似无摩擦的系统来模拟太空失重环境，需要通过调平衡装置将质心调节到转动中心的位置以消除重力带来的干扰力矩。因此，调平衡技术是实现高精度气浮台的关键技术。一般而言，自动调平衡技术较人工调平技术效率高、精度高，是当前研究的热点。

为实现精确调平衡，必须先测算出质心的精确位置。通过Pro/E软件建立气浮台的三维模型，可以初步计算气浮台的质心位置，但由于电线、焊接点等零部件建模存在困难，这一方法无法精确计算出质心的位置。起初，研究人员通过测量气浮台的摆动周期来测算质心位置的偏移，进而进行配平。这种方法将气浮台等效为3D复摆[1]，但这一方法需要反复测量气浮台的摆动周期，所需调节时间较长。随后，人们提出基于气浮台的刚体动力学方程来控制执行机构，调节质心位置，文献[2]给出了通过2个倾角传感器实现水平方向自动配平的方法，文献[3]和文献[4]提出了在已知转动惯量的情况下计算质心的方法。

本文通过建立三轴气浮台的动力学模型，采用基于最小二乘法和扩展卡尔曼滤波处理姿态信息、计算质心位置，求解配重滑块位置，实现气浮台自动调平衡，并与周期反馈算法进行比较。