[发明专利]一种基于傅里叶变换的磁悬浮转子谐波振动控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于傅里叶变换的磁悬浮转子谐波振动控制方法，用于“超静”卫星平台姿态控制用的磁悬浮控制力矩陀螺或磁悬浮飞轮的磁悬浮转子系统的谐波振动控制。

背景技术

磁悬浮控制力矩陀螺或磁悬浮飞轮采用磁轴承支承使转子无接触悬浮，具有无摩擦、无需润滑、长寿命和支承刚度主动可控等特点，且能对振动进行主动控制，是“超静”卫星平台长期运行工作的理想执行机构之一。磁悬浮控制力矩陀螺依据支承转子的磁轴承主动控制自由度数量，可以分为全主动磁悬浮控制力矩陀螺和主被动磁悬浮控制力矩陀螺两大类。全主动磁悬浮控制力矩陀螺转子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。主被动磁悬浮控制力矩陀螺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。全主动磁悬浮转子的可控自由度多，控制精度高。但是，一方面转子受限于加工精度，存在不平衡质量，高速旋转时产生的离心力使得振动力中存在同频成分；另一方面受限于位移传感器检测面的圆度误差、材质不理想、电磁特性不均匀等，位移传感器信号中存在同频和倍频成分，即传感器谐波，使得振动力中含有谐波信号。随着转子转速的上升，当倍频成分接近转子的框架或壳体的固有模态时，引起共振，振动幅值会急剧增加，严重影响超静卫星的高精度性能，所以必须对磁悬浮转子的谐波振动加以抑制。

现有技术中对于谐波信号的抑制，从原理特性出发，可以归为以下两类算法：一类是自适应消除法，这种算法共同特点是通过自适应算法辨识出各频率信号的幅值和相位，采用前馈或者反馈的形式加入原控制系统，达到谐波抑制的目的。由于每一频率对应一个算法，没有针对所有频率算法的同时抑制，导致计算量大，且频率不同时同样的自适应算法对应的收敛速度不一样，稳定性也不一样，设计起来比较复杂，难以满足工程要求。另一类算法不需要多个算法的累加，可实现对多种频率成分扰动的同时抑制，如重复控制算法、快速块最小均方误差方法等。但是现有技术的方法有以下缺点：(1)谐波振动控制器的设计过程复杂；(2)不能同时对位移和电流中的谐波分量进行抑制。

发明内容

本发明的目的：克服现有方法的不足，发明了一种基于傅里叶变换的磁悬浮转子谐波振动控制方法，采用傅里叶变换和逆变换，进行谐波振动力的抑制。

本发明的技术解决方案：一种基于傅里叶变换的磁悬浮转子谐波振动控制方法，包括以下步骤：

(1)建立含不平衡和传感器谐波的磁悬浮转子动力学模型

设转子中心面为Π，径向磁轴承电磁铁A、B的中心面分别为Π₁、Π₂；A、B的定子中心间的连线与Π交于N，转子几何轴与Π、Π₁、Π₂分别交于O、O₁、O₂，转子惯性主轴与Π、Π₁、Π₂分别交于C、C₁、C₂；在Π内，以N为原点建立惯性坐标系NXY，以O为原点建立以转子旋转角速度Ω(单位为rpm)转动的旋转坐标系Oεη；设OC、O₁C₁、O₂C₂的长度分别为l、m、n，表示不平衡质量带来的偏心；OC与Oε坐标轴的夹角为θ，O₁C₁、O₂C₂在Π上的投影与Oε坐标轴的夹角分别为α、β；O₁、O₂、C₁、C₂在Π上的投影在坐标系NXY中的坐标分别为(X_A,Y_A)、(X_B,Y_B)、(x_A,y_A)、(x_B,y_B)，则有：