[发明专利]一种磁悬浮旋转关节转子周期扰动自适应抑制系统

说明书

一种磁悬浮旋转关节转子周期扰动自适应抑制系统，包括：磁悬浮转子模态控制单元、平动扰动自适应抑制单元、转动扰动自适应抑制单元、周期扰动评价单元；磁悬浮转子模态控制单元用于控制磁悬浮转子稳定悬浮。周期扰动评价单元给旋转关节电机发送指令角速度，控制磁悬浮转子定转速旋转，并对磁悬浮转子A、B端位置频谱分析，作为扰动力矩抑制的参考。平动/转动扰动自适应抑制单元加在与磁悬浮转子模态控制单元中平动/转动控制器平行位置，对平动/转动模态中谐波次数为N的扰动力矩进行自适应控制。消除N次谐波扰动量。本发明适用于对电机磁场周期不均匀性进行自辨识、自补偿，进而抑制电机谐波扰动力矩，可大幅提高伺服系统的控制精度。

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮旋转关节转子周期扰动自适应抑制系统，适用于对磁悬浮旋转关节转子周期扰动进行自适应抑制，可大幅提磁悬浮转子的悬浮控制精度。

背景技术

磁悬浮轴承支承相对于传统机械轴承支承具有无接触、无磨损、振动小、可主动控制等特点，在磁悬浮飞轮、磁悬浮控制力矩陀螺和磁悬浮旋转关节等航天精密机电产品中有广阔的应用前景。

高精度音圈电机在旋转关节、惯性执行机构、指向机构、转台、天线等领域应用广泛。音圈电机永磁体非正弦畸变、周向磁场不均匀等导致的电磁扰动力矩存在对转子的法向扰动力，对磁悬浮转子形成周期性扰动，

现有磁悬浮周期扰动力一般使用扰动观测器、重复控制等方法实现，扰动观测器不特定针对某个周期频率扰动，观测器对高频扰动跟踪速度慢，造成高频周期扰动抑制能力不足，重复控制虽然特定抑制周期频率扰动，但其抑制精度受限于重复步长和品质因数。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种磁悬浮旋转关节转子周期扰动自适应抑制系统，实时辨识扰动力和扰动力矩的大小和方向并提供反向力和力矩进行抵消，提高磁悬浮转子悬浮控制精度。

本发明所采用的技术方案是：

一种磁悬浮旋转关节转子周期扰动自适应抑制系统，包括：磁悬浮转子模态控制单元、平动扰动自适应抑制单元、转动扰动自适应抑制单元、周期扰动评价单元；

所述磁悬浮转子模态控制单元包括位置传感器A、位置传感器B、分散姿态量-模态姿态量转换模块、平动模态控制器、转动模态控制器、模态控制量-分散控制量转换模块、功率放大器A、电流传感器A、磁轴承A、功率放大器B、电流传感器B、磁轴承B以及磁悬浮转子；

周期扰动评价单元给旋转关节电机发送指令角速度，控制磁悬浮转子定转速旋转，并对位置传感器A和位置传感器B输出的磁悬浮转子A、B端位置进行频谱分析，将频谱分析得到的扰动谐波次数N传送给平动扰动自适应抑制单元和转动扰动自适应抑制单元，作为扰动力矩抑制的参考。

平动扰动自适应抑制单元加在与磁悬浮转子模态控制单元中平动控制器平行位置，对平动模态中谐波次数为N的扰动力矩进行自适应控制，消除N次谐波扰动量；

转动扰动自适应抑制单元加在与磁悬浮转子模态控制单元中转动控制器平行位置，对转动模态中谐波次数为N的扰动力矩进行自适应控制，消除N次谐波扰动量。

进一步的，磁悬浮转子模态控制单元中，位置传感器A检测转子A端位置S_a，位置传感器B检测转子B端位置S_b，送入分散姿态量-模态姿态量转换模块，得到平动姿态量S_tran和转动姿态量S_rotate，将平动姿态量S_tran送入平动模态控制器得到平动控制量CTR_tran，将转动姿态量S_rotate送入转动模态控制器得到转动控制量CTR_rotate，将S_rotate和CTR_rotate送入模态控制量-分散控制量转换模块得到A端电流控制量和B端电流控制量，分别经过A端功率放大器和B端功率放大器后得到A端绕组电压控制量和B端绕组电压控制量，分别施加给磁轴承A和磁轴承B，形成A、B端磁轴承绕组控制电流，提供电磁力，控制磁悬浮转子悬浮在目标位置。