本发明属于航空航天，涉及一种微推进器的微推力测量方法，尤其是涉及一种不依赖参数模型的基于动态矩阵控制的动态推力重建方法。
背景技术：
1、空间引力波探测是当前空间科学领域的重点研究方向之一，空间引力波探测中需要通过无拖曳控制维持超静超稳的卫星平台，而在无拖曳控制中，具有优异性能的微推进器作为执行机构被用于抵消非保守力的影响。为精准地标定、评估微推进器的性能，开发高性能的微推力测量系统至关重要。
2、微推力测量中广泛使用的一种测量方法，是将推力器固定在可绕弹性枢轴或弹性扭丝旋转的推力架上，根据推力器工作时推力架产生的角位移或线位移来测量推力。通过测量推力架的稳态位移或最大位移来测量推进器所产生的稳态推力或脉冲冲量可满足多数情况下的推力测量需求，但这种测量方法无法获得推力器的动态响应过程，也就无法测得推力器的响应时间等性能参数。若要进一步了解推进器工作的物理过程、对推力器进行更加全面地标定评估并开发性能更高的推进器，则需要对推力的动态变化过程进行测量。
3、目前，已有的若干种动态推力的测量方法根据测量方式主要可分为开环重建与闭环补偿两种。其中，开环重建方法通常根据测量系统的传递函数等动态模型与测得的位移计算动态力；而闭环补偿方法则是在测量过程中引入已知大小的标准力与待测力平衡，使摆始终保持在零位，从而通过标准力的大小反映被测力的大小。
4、在开环重建方法中，基于动力学方程将动态输入力分解成弹性力(刚度乘以位移)、阻尼力(阻尼系数乘以速度)和惯性力(转动惯量乘以加速度)三项后再合成计算的方法简洁易用、物理意义明确，是开环测量时通常采用的算法。这种方法一般可称为动力学方程反演(inversion of dynamic equation，iode)算法。如文献“dynamic-forceextraction for micro-propulsion testing:theoryand experimental validation”(.review of scientific instruments89,115110(2018))公开一种基于最小二乘法的微推进动力提取方法，在对微牛顿扭摆位移振动进行建模之后，如果站点常数校准得当，就可以计算出动力学力的时间演化，根据运动方程的线性特性，对动力推力的重构简化为求解线性方程。然而，尽管动力学方程反演多数时候已足以满足动态推力重建的要求，该算法仍有一些不足之处：
5、1、该算法严重依赖于动力学方程模型，使用前需准确地标定测量系统的转动惯量、阻尼系数与刚度系数等参数，实际测量中，由于信号被滤波、信号传输延迟等原因，可能出现动力学方程模型与系统实际模型失配，参数标定误差较大的现象，导致重建结果失真。
6、2、一套测量系统通常要用于测量各种不同质量的推力器，在基于推力架的测量系统中，推力器被直接安装在推力架上，更换推力器会导致系统的转动惯量等参数发生变化，若使用动力学方程反演则每次更换推力器均需要重新标定动力学方程，操作较为繁琐。
技术实现思路
1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种准确性高、有效提高效率的不依赖参数模型的基于动态矩阵控制的动态推力重建方法。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种不依赖参数模型的基于动态矩阵控制的动态推力重建方法，该方法基于闭环测量的原理构建跟踪控制问题，利用动态矩阵控制算法控制测量系统模型的输出以跟踪实际测得位移，以控制过程中求解得到的控制量作为重建的动态推力的测量值。
4、进一步地，该方法包括以下步骤：
5、获取实际推力测量系统的单位阶跃响应序列a和输出位移序列；
6、获取离线确定的控制参数，包括动态矩阵控制的预测长度m和控制过程中第k个周期的代价函数j(k)；
7、在控制过程中，基于设定控制目标及所述控制参数，求解每个周期的控制量，该控制量即重建得到的推力。
8、进一步地，所述设定控制目标为使所述代价函数最小。
9、进一步地，所述单位阶跃响应序列表示为a＝{a1,a2,…,an}，单位阶跃响应序列的长度n满足：当i>n时，ai≈an。
10、进一步地，所述动态矩阵控制的预测长度m，满足m≤n，n为单位阶跃响应序列的长度。
11、进一步地，所述控制过程中第k个周期的代价函数j(k)为：
12、
13、其中，是第k个控制周期，实施未来m个周期的控制量时，对未来m个周期系统模型输出的预测；xm(k)是第k+1到第k+m个周期的参考轨迹，即由所述输出位移序列中的第k+1到第k+m个元素组成的序列；um(k)是未来m个周期的控制增量；q是误差权矩阵，r是控制权矩阵。
14、进一步地，所述由下式计算：
15、
16、其中，是未来不实施控制量时，对未来m个周期系统模型输出的初始预测；a为包含阶跃响应动态信息的动态矩阵。
17、进一步地，所述求解每个周期的控制量具体为：
18、在第0到第l-m个周期，通过迭代求解方式计算各周期的控制量，其中，l为输出位移序列的长度；
19、在第l-m+1到第l-1个周期，直接基于第l-m个周期获得的控制增量um(l-m)计算各周期的控制量，计算公式为：
20、u(l-m+j)＝u(l-m+j-1)+δu(l-m+j)
21、其中，u(l-m+m)、u(l-m+j-1)分别为l-m+j、l-m+j-1时刻的控制量，δu(l-m+j)为控制增量um(l-m)中的第j+1个元素，j＝1,…,m-1。
22、进一步地，所述通过迭代求解方式计算各周期的控制量具体包括：
23、a)初始化变量：周期计数k＝0，初始预测向量初始控制量u(-1)＝0；
24、b)构造k周期的参考轨迹xm(k)＝[x(k+1),x(k+2),…,x(k+m)]t，初始预测序列方括号代表取向量第1到第m个元素；
25、c)根据设定控制目标计算k周期的控制量增量向量um(k)，取出第一个元素δu(k)并计算k周期的控制量u(k)＝u(k-1)+δu(k)；
26、d)更新k+1时刻的初始预测值其中s为移位矩阵；
27、e)k＝k+1，跳转至步骤b)，直至k>l-m。
28、进一步地，所述移位矩阵s为：
29、
30、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
31、第一，使用本发明方法进行动态推力重建时，只需要获取一段测量系统的阶跃响应序列，无需标定测量系统的动力学参数，因而避免了动力学参数标定不准确的问题。
32、第二，每次更换推力器后，本发明无需进行繁琐的标定流程，仅需测量一段测量系统的阶跃响应序列，简化了操作流程，提高了推力器测试效率。
33、第三，在测量过程的采样频率较低时，本发明方法相较传统方法具有更低的重建均方误差，可获得更准确的测量结果。
1.一种不依赖参数模型的基于动态矩阵控制的动态推力重建方法，其特征在于，该方法基于闭环测量的原理构建跟踪控制问题，利用动态矩阵控制算法控制测量系统模型的输出以跟踪实际测得位移，以控制过程中求解得到的控制量作为重建的动态推力的测量值。
2.根据权利要求1所述的不依赖参数模型的基于动态矩阵控制的动态推力重建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的不依赖参数模型的基于动态矩阵控制的动态推力重建方法，其特征在于，所述设定控制目标为使所述代价函数最小。
4.根据权利要求2所述的不依赖参数模型的基于动态矩阵控制的动态推力重建方法，其特征在于，所述单位阶跃响应序列表示为a＝{a1,a2,…,an}，单位阶跃响应序列的长度n满足：当i>n时，ai≈an。
5.根据权利要求2所述的不依赖参数模型的基于动态矩阵控制的动态推力重建方法，其特征在于，所述动态矩阵控制的预测长度m，满足m≤n，n为单位阶跃响应序列的长度。
6.根据权利要求2所述的不依赖参数模型的基于动态矩阵控制的动态推力重建方法，其特征在于，所述控制过程中第k个周期的代价函数j(k)为：
7.根据权利要求6所述的不依赖参数模型的基于动态矩阵控制的动态推力重建方法，其特征在于，所述由下式计算：
8.根据权利要求6所述的不依赖参数模型的基于动态矩阵控制的动态推力重建方法，其特征在于，所述求解每个周期的控制量具体为：
9.根据权利要求8所述的不依赖参数模型的基于动态矩阵控制的动态推力重建方法，其特征在于，所述通过迭代求解方式计算各周期的控制量具体包括：
10.根据权利要求9所述的不依赖参数模型的基于动态矩阵控制的动态推力重建方法，其特征在于，所述移位矩阵s为：
