(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110873858.9 (22)申请日 2021.07.3 0 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113494527 A (43)申请公布日 2021.10.12 (73)专利权人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 齐乃明　于泽　霍明英　赵钧　 冯文煜　林桐　乔云一　薛驭风　 (74)专利代理 机构 哈尔滨华夏松花江知识产权 代理有限公司 23213 专利代理师 于歌 (51)Int.Cl. F16C 29/00(2006.01) F16C 29/02(2006.01) F16C 32/06(2006.01) B64G 7/00(2006.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/04(2006.01) G06F 119/14(2020.01)(56)对比文件 CN 109807931 A,2019.0 5.28 US 2021042454 A1,2021.02.1 1 AU 202010 3741 A4,2021.02.1 1 WO 02061679 A2,2002.08.08 WO 2021093 362 A1,2021.0 5.20 CN 112405536 A,2021.02.26 CA 2930241 A1,2016.1 1.18 CN 10876 3614 A,2018.1 1.06 CA 24742 23 A1,20 01.01.12 CN 103085992 A,2013.0 5.08 CN 110481819 A,2019.1 1.22 CN 102222127 A,201 1.10.19 CN 109779894 A,2019.0 5.21 US 2020159874 A1,2020.0 5.21 US 2020320175 A1,2020.10.08 EP 1947582 A 2,2008.07.23 CN 113086797 A,2021.07.09 EP 3611575 A1,2020.02.19 GB 0304908 D0,20 03.04.09 JP 2010196741 A,2010.09.09 CN 10170 6018 A,2010.0 5.12 (续) 审查员 王梦可 (54)发明名称 一种基于电磁辅助式恒力弹簧支架的恒力 控制方法 (57)摘要 一种基于电磁辅助式恒力弹簧支架的恒力 控制方法， 涉及航天器地面零重力模拟技术领 域。 本发明是为了解决目前地面零重力模拟当 中， 纵向模拟难度大、 且模拟精度低的问题。 本发 明所述的一种基于电磁辅助式恒力弹簧支架的 恒力控制方法， 利用BP神经网络建立恒力弹簧支 架的输出力辨识模型， 通过测量恒力弹簧支架的 位置、 速度、 加速度即可实现对恒力弹簧支架输 出力的辨识， 并对辨识输出力进行修正。 BP神经网络能够减少PID的误差范围， 提高PID的稳定 性， 同时PID也能够提高BP神经网络辨识后的控 制精度。 本发 明在提高电磁辅助式恒力弹簧支架 的恒力输出精度的同时， 还能够实现高精度的竖 向重力补偿， 提高航天器地 面模拟的真实度。 [转续页] 权利要求书3页 说明书6页 附图4页 CN 113494527 B 2022.06.24 CN 113494527 B (56)对比文件 CN 203240121 U,2013.10.16 齐乃明.航天器微低重力模拟及试验技 术. 《宇航学报》 .2020, 陈丽华.恒力弹簧支吊架的设计 计算. 《机 械 工程师》 .201 1,(第06期), 冯亦武.风险评估技 术在管道 支吊架检验与调整中的应用. 《科技创新与应用》 .2020,(第13 期), 李振宇.大 行程微进给机构模糊控制系统的 研究. 《信息科技》 .20 09, 冷真龙.恒力吊架优化设计. 《中国优秀硕士 学位论文全文数据库工程科技 Ⅱ辑》 .2006,2/2 页 2[接上页] CN 113494527 B1.一种基于电磁辅助式恒力弹簧支架的恒力控制方法， 电磁辅助式恒力弹簧支架包 括： 恒力弹簧系统和电磁主动式恒力补偿系统， 电磁主动式恒力补偿系统包括直线电机 (5)， 直线电机(5)的芯轴(6)首端与恒力弹簧系统的滚轮支架(18)下表面相连， 直线电机 (5)位于恒力弹簧系统的主弹簧(1)的内部、 且二者轴线重合， 直线电机(5)的末端 连接有预 紧螺母(9)， 主弹簧(1)的两端分别与滚轮支 架(18)的下表面和预紧螺母(9)相接触； 其特征在于， 所述恒力控制方法包括以下步骤： 采集当前时刻滚轮支架(18)的速度、 加速度和位移， 并将该速度、 加速度和位移输入到 训练好的BP神经网络辨识模型中进行辨识， 将辨识结果作为当前时刻的辨识输出力， 所述 位移为滚轮支 架(18)初始位置与当前位置之间的距离， 将当前时刻的辨识输出力与当前时刻的目标输出力之差乘以直线电机(5)的电流系数 KI， 获得第一电流 I1， 采集直线电机(5)当前时刻的实际输出力， 并对该实际输出力进行PID调节， 获得第二 电流I2， 将第一电流I1与第二电流I2之和输入到直线电机(5)中， 对电磁辅助式恒力弹簧支架进 行控制。 2.根据权利要求1所述的一种基于电磁辅助式恒力弹簧支架的恒力控制方法， 其特征 在于， 电磁主动式恒力补偿系统还包括直线电机输出端力传感器(7)， 直线电机(5)的芯轴 (6)首端通过直线电机输出端力传感器(7)与恒力弹簧系统的滚轮支架(18)下表面相连， 直 线电机输出端力传感器(7)用于采集 直线电机(5)的输出力。 3.根据权利要求2所述的一种基于电磁辅助式恒力弹簧支架的恒力控制方法， 其特征 在于， BP神经网络辨识模型的训练方法为： 调整直线电机(5)带动恒力弹簧系统的滚轮支架(18)运动， 分别采集N个不同时刻 下滚 轮支架(18)的速度vk、 加速度ak和位移yk， 并作为BP神经网络辨识模型输入层的输入， 记为 利用BP神经网络辨识模型对 进行辨识， 获得辨识结果 利用下式获得BP神经网络辨识模型的总误差 E： 其中， 为直线电机(5)不同时刻下测得的实际输出力， 利用梯度下降法调整BP神经网络辨识模型的参数， 使其总误差E减小， 当总误差E达到 最小时， 完成BP神经网络辨识模型的训练， 所述BP神经网络辨识模型的参数包括： 输入层神经元节点与隐含层神经元节点之间的 连接权值ωij、 隐含层神经元节点的阈值θj、 隐含层神经元节 点与输出层神经元节 点之间的 连接权值ωjk和输出层神经 元节点的阈值αk。 4.根据权利要求3所述的一种基于电磁辅助式恒力弹簧支架的恒力控制方法， 其特征 在于， BP神经网络辨识模型包括输入层、 隐含层和输出层， 输入层的输入为 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 113494527 B 3