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申请/专利权人：青岛科技大学

摘要：本申请公开了一种基于光电稳定平台的机电耦合建模方法、设备及介质，涉及光电稳定平台建模技术领域，用以解决现有建模机电耦合效应处理不足的问题。包括：构建光电稳定平台多个刚体的多体动力学模型并构建刚体运动模型以确定机械系统动力学模型；基于电机电枢电路的动态特性及电机轴的动力学行为构建电机的电气模型及转矩模型并基于放大器和驱动芯片的动态特性构建放大器传递模型及驱动芯片传递模型；基于机电耦合系统的动能与势能之差，及机电耦合系统的广义坐标和广义坐标的广义力构建拉格朗日麦克斯韦模型；基于机械系统动力学模型、电气模型、转矩模型、放大器传递模型及驱动芯片传递模型，构建机电耦合系统对应的机电耦合模型。

主权项：1.一种基于光电稳定平台的机电耦合建模方法，其特征在于，所述方法包括：构建光电稳定平台对应多个刚体的多体动力学模型，并分别构建所述多个刚体对应的刚体运动模型，以确定所述多个刚体对应的机械系统动力学模型；基于电机电枢电路的动态特性以及电机轴的动力学行为，构建电机对应的电气模型及转矩模型，并基于放大器和驱动芯片对应的动态特性，构建放大器传递模型及驱动芯片传递模型；基于所述光电稳定平台对应机电耦合系统的动能与势能之差，以及所述机电耦合系统的广义坐标和所述广义坐标对应的广义力，构建对应的拉格朗日麦克斯韦模型；基于所述机械系统动力学模型、所述电气模型、所述转矩模型、所述放大器传递模型及所述驱动芯片传递模型，构建所述机电耦合系统对应的机电耦合模型；所述构建光电稳定平台对应多个刚体的多体动力学模型，具体包括：将光电稳定平台划分为对应的多个刚体，并确定每个刚体对应的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；其中，所述质量矩阵、所述阻尼矩阵和所述刚度矩阵分别用于描述所述光电稳定平台的机械系统对应的质量分布、惯性和刚度特性；基于所述质量矩阵、所述阻尼矩阵和所述刚度矩阵，构建的多体动力学模型如下： 其中，表示第个刚体的质量矩阵，表示第个刚体的位移向量，表示第个刚体位移向量的一阶求导，表示第个刚体位移向量的二阶求导，表示第个刚体的阻尼矩阵，表示第个刚体的刚度矩阵，表示第个刚体的外力向量；所述分别构建所述多个刚体对应的刚体运动模型，以确定所述多个刚体对应的机械系统动力学模型，具体包括：针对每个刚体，基于所述刚体的质心位置、转动惯量、质量、角速度以及所述刚体与其他刚体之间的相互作用力和力矩，构建的刚体运动模型如下： 其中，表示第个刚体的质量，表示第个刚体质心位置的二阶求导，表示第个刚体与其他刚体之间的相互作用力，表示第个刚体的转动惯量，表示第个刚体的角速度，表示第个刚体角速度的一阶求导，表示第个刚体的力矩，表示第个刚体与其他刚体之间的力矩；基于所述多个刚体对应的刚体运动模型，构建的机械系统动力学模型如下： 其中，表示机械系统的总质量矩阵，表示机械系统的总阻尼矩阵，表示机械系统的总刚度矩阵，表示机械系统的总位移向量，表示机械系统总位移向量的一阶求导，表示总位移向量的二阶求导，表示机械系统的外力向量；所述基于电机电枢电路的动态特性以及电机轴的动力学行为，构建电机对应的电气模型及转矩模型，具体包括：基于电机的电枢电感、电枢电阻、电枢电流和反电动势，构建的所述电机的电气模型如下： 其中，表示电机的电枢电压，表示电机的电枢电感，表示电机的电枢电阻，表示电机的电枢电流，表示电机的反电动势，电机的反电势常数，表示电机转速；基于所述电机的转动惯量、粘性阻尼系数和电机转速，构建的所述电机的转矩模型如下： 其中，表示电机的转动惯量，表示粘性阻尼系数，表示电机产生的电磁转矩，表示转矩常数；所述基于放大器和驱动芯片对应的动态特性，构建放大器传递模型及驱动芯片传递模型，具体包括：基于放大器增益和放大器时间常数，构建的放大器传递模型如下： 其中，表示放大器，表示放大器传递模型，表示复频率，表示放大器增益，表示放大器时间常数；基于驱动芯片增益和驱动芯片时间常数，构建的驱动芯片传递模型如下： 其中，表示驱动芯片，表示驱动芯片传递模型函数，表示驱动芯片增益，表示驱动芯片时间常数；所述基于所述光电稳定平台对应机电耦合系统的动能与势能之差，以及所述机电耦合系统的广义坐标和所述广义坐标对应的广义力，构建对应的拉格朗日麦克斯韦模型，具体包括：通过以下公式，确定所述光电稳定平台对应机电耦合系统的动能与势能之差： 其中，表示动能与势能之差，表示机电耦合系统的动能，表示机电耦合系统的势能；根据所述动能与势能之差，所述机电耦合系统的广义坐标以及与所述广义坐标相关的广义力，构建的拉格朗日麦克斯韦模型如下： 其中，表示机电耦合系统的广义坐标，表示机电耦合系统广义坐标的一阶求导，表示系统消耗总能，表示与广义坐标相关的广义力；所述基于所述机械系统动力学模型、所述电气模型、所述转矩模型、所述放大器传递模型及所述驱动芯片传递模型，构建所述机电耦合系统对应的机电耦合模型，具体包括：通过以下公式，基于电机的电磁转矩、导线干扰力矩、惯量耦合干扰力矩以及质量不平衡干扰力矩，计算转动惯量和角速度的乘积与摩擦干扰力矩之和： 其中，表示电机的电磁转矩，表示导线干扰力矩，表示惯量耦合干扰力矩，表示惯量耦合干扰力矩，表示质量不平衡干扰力矩，表示内俯仰框架的z轴，表示电机转子的转动惯量，表示俯仰轴转动惯量，俯仰轴转速，表示外方位框架的y轴，表示方位轴转动惯量，表示方位轴转速；所述计算转动惯量和角速度的乘积与摩擦干扰力矩之和之后，所述方法还包括：构建的所述机电耦合系统对应的机电耦合模型如下： 其中，表示磁链矢量，表示电机的角位移，表示机械框架与电机旋转轴的接触面积，表示三相中相，b表示三相中b相，c表示三相中c相，表示方位或俯仰轴，表示相电压，表示b相电压，表示c相电压，表示相电感，表示b相电感，表示c相电感，表示a相电流，表示b相电流，表示c相电流，表示相电阻，表示b相电阻，表示c相电阻，表示电机转子电阻。

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