[发明专利]一种基于频域自适应LMS算法的磁悬浮转子谐波振动抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于频域自适应LMS算法的磁悬浮转子谐波振动抑制方法。本发明主要针对四自由度主被动磁悬浮控制力矩陀螺，在考虑转子不平衡质量和传感器谐波的情况下，对磁悬浮转子进行动力学建模，然后设计了一种基于频域自适应LMS(Least Mean Square)算法的谐波振动抑制方法对转子系统的倍频振动进行抑制，并使用陷波器进行同频振动的抑制。本发明能够抑制磁轴承线圈电流中的谐波分量，进而抑制转子位移中的谐波分量，适用于存在质量不平衡和传感器谐波的磁悬浮转子系统谐波振动的主动控制。

技术领域

本发明是一种基于频域自适应LMS(Least Mean Square)算法的磁悬浮转子谐波振动力抑制方法，针对磁悬浮控制力矩陀螺的谐波振动进行抑制，从而使以磁悬浮控制力矩陀螺为惯性执行机构的卫星平台达到“超稳超静”的要求。

背景技术

高分辨率对地观测，卫星间激光通信，都需要高指向精度、高姿态稳定度的卫星平台提供可靠、微振动的“超静”条件，所以，对超静卫星平台的研究具有非常重要的现实意义。相比传统的机械轴承惯性执行机构，磁悬浮控制力矩陀螺采用磁轴承支承，无摩擦，长寿命，并且能够进行主动控制，从而实现微振动，是实现“超静”卫星平台的理想执行机构之一。

根据磁悬浮转子可控自由度的数目，可将磁悬浮CMG(Control Moment Gyro)分为全主动磁悬浮CMG和主被动磁悬浮CMG两类。全主动磁悬浮CMG除电机驱动自由度之外，其余的五个自由度全部由主动磁轴承来实现稳定的悬浮。而主被动磁悬浮CMG除电机驱动自由度之外，其余的五个自由度不完全主动可控，部分自由度由被动磁轴承实现被动稳定悬浮，无需主动控制的参与。虽然理论上磁悬浮CMG无摩擦和振动，但是由于转子材料密度不均匀，加工误差，传感器装配误差以及电磁不均匀等因素的影响，仍然存在高频振动源，转子系统受到多谐波振动力的影响。振动源主要有转子自身的质量不平衡和位移传感器的测量噪声，即传感器谐波。当谐波频率接近或达到转子框架或CMG壳体的模态时，会引发共振，导致系统失稳，因此需要对谐波进行抑制。

现有的谐波抑制的方法主要分为两类，一类是通过串联不同频率的陷波器分别对各个谐波进行抑制；另一类通过估计转子不平衡和传感器谐波，采用自适应控制使设定的目标函数收敛。多个陷波器串联的方法直接导致算法的计算量很大，而且需要考虑不同滤波器间的收敛问题，设计较为复杂，难以满足实时性、快速性等要求。相比传统的LMS算法，频域LMS算法计算量更小，通过频域完成权值向量的自适应更新，并且无需串联多个滤波器，一个滤波器可以同时对不同频率的扰动进行抑制。现有技术存在以下问题：(1)目前的谐波振动抑制算法计算量较大，实时性受到限制。(2)使用频域LMS算法进行谐波抑制需要权衡算法的收敛速度和稳态精度。

发明内容

本发明的目的：针对目前已有技术的不足，发明一种基于频域自适应LMS算法的磁悬浮转子谐波振动控制方法。利用快速傅里叶变换算法在频域上完成滤波器系数的自适应，采用50％的重叠存储法使运算效率达到最高，有效降低了算法的计算量，并且通过实时的改变步长和块长提高算法的性能。

本发明的技术解决方案：一种基于频域自适应LMS算法的磁悬浮转子谐波振动抑制方法，包括以下步骤：

步骤(1)、建立含质量不平衡和传感器谐波的磁悬浮转子动力学模型