[发明专利]一种基于多速率准谐振控制器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多速率准谐振控制器的磁悬浮转子系统谐波振动抑制方法，该方法包括如下步骤：首先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，磁悬浮控制力矩陀螺上存在多个奇次谐波，在有针对性的抑制主导谐波时会并联多个准谐振控制器，这会带来很大的计算负担，针对这一问题，采用基于多速率准谐振控制器的磁悬浮转子谐波振动抑制方法。多速率准谐振控制器能精确抑制谐波振动，磁悬浮转子系统反馈控制环和并联准谐振控制器采用不同的采样速率，减小了硬件的计算负担。同时，引入相位补偿函数可以保证系统在更大频率范围的绝对稳定性。本发明中的多速率准谐振控制器结构简单，在实际应用中很方便。

技术领域

本发明涉及磁悬浮转子谐波振动抑制的技术领域，具体涉及一种基于多速率准谐振控制器的磁悬浮转子系统谐波振动抑制方法，用于对磁悬浮控制力矩陀螺转子系统中的谐波振动进行抑制，为磁悬浮控制力矩陀螺在“超静”、“超稳”卫星平台上的超敏捷动中成像应用提供技术支持。

背景技术

与传统的姿态控制执行器相比，磁悬浮控制力矩陀螺的高速转子通过主动磁轴承实现无接触支承，具有无摩擦、无润滑的突出优点，不仅大大提高了转子的转速，放大了输出扭矩，而且减小了陀螺的体积和重量，从根本上解决了陀螺的寿命和可靠性问题。同时，磁悬浮控制力矩陀螺能够主动抑制自身振动，降低噪声，有助于航天器快速、高精度姿态机动，因此采用磁悬浮转子技术的惯性执行机构必将成为未来航天器的理想姿态控制执行器。

磁悬浮转子系统在运行过程中存在转子的质量不平衡(包括静不平衡和动不平衡)、传感器误差和磁轴承非线性等多个振动源，以上振动源均由于材料的不均匀、加工的不完美引起，因此实际工程中，只能采用更优质的材料和更先进的加工工艺，来尽量减小振动源，但无法完全消除。现有的磁悬浮转子系统动力学模型都是在磁轴承力近似线性化条件下建立的，同时振动抑制的研究也主要是从质量不平衡和传感器误差两个方面来进行。

控制系统中的谐波电流会导致谐波振动，谐波振动会传递到基座，影响超静音航天器中图像负载的性能。如果不能有效抑制谐波电流，同步电流信号和倍频电流信号引起的振动会严重降低系统性能，甚至导致不稳定。此外，奇次谐波电流是磁悬浮转子系统谐波电流的主要成分。因此，减少磁悬浮转子系统中的奇次谐波电流分量是非常必要的。

针对磁悬浮转子系统的谐波振动，常用的方法有多谐振控制、陷波滤波器、重复控制等。

重复控制是在内模原理的基础上发展起来的一种算法，对所有的扰动频率进行抑制，然而在一些实际应用中，需要对特定的谐波分量进行抑制，用重复控制不能取得系统的最好性能。

谐振控制器和陷波滤波器可以实现对主导谐波的抑制，当抑制多个谐波时需要并联多个准谐振控制器，这会带来很大的计算负担。

发明内容

本发明的目的为：克服现有技术的不足，提出了一种基于多速率准谐振控制器的磁悬浮转子系统谐波振动抑制方法，系统采用正常的采样速率(称为反馈速率)，而准谐振控制器采用较慢的采样速率(称为准谐振控制器速率)，可以实现对谐波振动的抑制，这不仅减小了硬件内存，还提高了系统的抑制精度。

本发明采用的技术方案为：一种基于多速率准谐振控制器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

本发明的应用对象为磁悬浮控制力矩陀螺中的主动磁轴承系统。定义坐标原点N为磁悬浮转子平面与位于系统A、B两端的磁轴承定子中心点连线的交点，X轴和Y轴分别与两对径向位移传感器的连线平行，并且在转子的质心平面内，Z轴沿磁轴承定子中心点连线设置，则磁悬浮高速转子的几何轴和惯性轴在广义坐标系NXY下的位移表示为：

q_G＝[x_G,β_G,y_G,-α_G]^T