[发明专利]一种基于有限维重复控制的磁轴承系统多谐波振动抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于有限维重复控制(Finite Dimensional Repetitive Control,FDRC)的磁轴承系统多谐波振动抑制方法，该方法包括如下步骤：首先建立包含转子不平衡和位移传感器谐波噪声Sensor Runout的两自由度磁轴承系统转子动力学模型；其次利用线圈电流和位移传感器信号构建振动力，并作为一阶FDRC的被控变量，实现同频振动力抑制；然后设计并联式FDRC实现高阶次谐波振动力抑制，最终实现两自由度磁轴承系统谐波振动抑制。本发明能够克服了传统重复控制中低通滤波器对振动抑制精度与系统稳定性的影响；克服了功放低通特性对振动抑制精度的影响，且不需要再对功放系统另外设计补偿环节；可以根据系统振动力要求合理选择FDRC的阶数，减小计算量。

技术领域

本发明属于磁轴承系统主动振动控制领域，具体涉及一种基于有限维重复控制的磁轴承系统多谐波振动抑制方法，用于包含转子不平衡和传感器谐波噪声(SensorRunout)的两自由度磁轴承系统多谐波振动力抑制。

背景技术

随着超高分辨率对地观测、天文观测、星间激光通信等超高分辨率卫星的发展，“超静超稳”与敏捷机动成为衡量卫星平台性能的两项重要指标。越来越高的分辨率指标对卫星平台的指向精度和姿态稳定度要求越来越高，对卫星平台的振动越来越敏感。然而高速旋转的惯性执行机构引起的高频低幅振动是卫星平台的主要振动源，严重制约着“超静超稳”卫星平台的发展。磁悬浮惯性执行机构采用磁轴承支承，具有主动振动抑制的优点，可以从根本上消除高速转子的高频振动。

由于加工安装误差、材质不均匀、电子元器件非线性等机械与电气非理想特性，磁悬浮惯性执行机构存在着转子不平衡、Sensor Runout等振动源，从而传递出多谐波振动。按照振动产生途径，永磁偏置混合磁轴承的磁悬浮惯性执行机构振动力可分为电流刚度力和永磁刚度力。因而，目前通常是在谐波电流抑制的基础上再进行位移刚度力的补偿，从而实现谐波振动抑制。然而这类方法在进行位移刚度力补偿时，需要重新利用滤波器提取位移同频信号，增加计算量；同时还需要另外考虑磁轴承功放系统的低通特性引起的位移刚度力补偿误差。

另一方面，磁轴承多谐波振动抑制多采用重复控制算法，但是其抑制多谐波振动效果、系统稳定性与低通滤波器的截止频率设计有很大关系。低通滤波器的截止频率越高，对高频谐波分量抑制效果越好，但系统的稳定性越差；反之，系统稳定性越好，但高频谐波分量抑制能力越差。同时，重复控制在一定程度上可能放大非谐波频率处的噪声。磁轴承系统谐波振动力主要分布于转频相关的前几阶倍频处，因此只需要抑制前几阶谐波振动力即可实现磁轴承系统多谐波振动抑制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，发明一种基于有限维重复控制的磁轴承系统多谐波振动抑制，将振动力分解为同频分量和高次谐波分量，分别利用并联式FDRC进行抑制，最终实现磁轴承系统多谐波振动力抑制。

本发明解决上述的技术问题采用的技术方案是：一种基于有限维重复控制的磁轴承系统多谐波振动抑制方法，首先建立包含转子不平衡和位移传感器谐波噪声(SensorRunout)的磁轴承系统动力学模型，将振动力分解为同频分量和高次谐波分量两部分；其次利用线圈电流和位移传感器信号构造振动力，设计一阶FDRC实现同频振动力抑制；然后设计并联式FDRC抑制高阶次谐波振动力，最终实现磁轴承系统多谐波振动抑制。本发明的具体步骤如下：

(1)建立含转子不平衡和位移传感器谐波噪声(Sensor Runout)的磁轴承转子动力学模型

对于两自由度磁轴承系统，x轴和y轴两通道相互解耦。假设x轴和y轴的位移刚度系数和电流刚度系数相同，包含转子不平衡和位移传感器谐波噪声(Sensor Runout)的两自由度磁轴承转子动力学模型为：