[发明专利]一种基于二阶奇次重复控制器的磁悬浮转子奇次谐波电流抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于二阶奇次重复控制器的磁悬浮转子奇次谐波电流抑制方法，首先建立了含有转子质量不平衡和传感器谐波的磁悬浮转子动力学模型，其次采用了基于二阶奇次重复控制器(以下简称SOORC)的磁悬浮转子奇次谐波电流抑制方法。SOORC具有针对奇次谐波频率抑制的二阶内膜结构，可以改善谐波频率变化或不确定条件下的谐波抑制能力，即提高系统对谐波频率变化或不确定条件下的控制鲁棒性。本发明还采用相位滞后‑超前补偿对系统的稳态性能以及动态性能进行了改善，可以实现对磁悬浮转子中磁轴承线圈产生的奇次谐波电流分量进行抑制，适用于存在转子质量不平衡和传感器谐波的磁悬浮转子系统奇次谐波电流分量的抑制。

技术领域

本发明涉及磁悬浮转子谐波电流抑制的技术领域，具体涉及一种基于二阶奇次重复控制器的磁悬浮转子奇次谐波电流抑制方法，应用于磁悬浮控制力矩陀螺转子系统中的谐波电流抑制，为磁悬浮控制力矩陀螺在“超静”卫星平台上的应用提供技术支持。

背景技术

磁悬浮控制力矩陀螺(Control Moment Gyroscope，CMG)中的转子稳定悬浮是通过采用磁轴承电磁力实现的，磁轴承的转子和定子之间无接触摩擦。故磁轴承与传统机械轴承相比具有诸多优点：首先，由于磁轴承的转子和定子之间无接触摩擦，因此CMG飞轮转子转速与机械轴承相比可以实现大幅度提高，同时增加了系统工作寿命；其次，易于实现磁悬浮飞轮转子不平衡振动力的主动控制，降低系统工作中的振动强度；此外，鉴于CMG框架的等效转动惯量与转子支承刚度相关，故采用基于磁轴承支承转子的方式可以调低轴承刚度，从而增大CMG框架的等效转动惯量。因此，磁轴承在同等力矩输出的条件下可以提高系统框架角速率精度和CMG力矩输出精度，最终提高航天器的指向精度与稳定度。磁轴承在航天器高精度长寿命姿态控制执行机构中已得到广泛应用。因此，基于磁轴承的高精度长寿命CMG是航天器姿态控制执行机构的理想选择。

虽然磁悬浮控制力矩陀螺具有诸多优点，但系统中的高频振动可以通过磁轴承传递给航天器间接影响航天器姿态控制精度，从而导致卫星平台的指向精度和稳定度降低。磁悬浮控制力矩陀螺CMG的高频振动主要由转子质量不平衡和传感器谐波导致。其中转子质量不平衡是产生振动的主要原因，其次因传感器检测面的圆度误差、电磁特性不均匀等原因，位移传感器信号中会出现同频和倍频的电流成分即传感器谐波，这种传感器谐波会引起谐波振动。

谐波振动抑制可以分为零电流、零位移和零振动三类。其中零电流振动抑制具有计算量小和功耗低的优点。当前电流抑制技术主要针对单一频率的干扰实现抑制，针对谐波电流抑制的研究工作则相对较少，主流方法集中在重复控制RC算法和并联多陷波器或多LMS滤波器算法。但并联多陷波器算法不能实现所有振动同时抑制且计算量大，同时需要考虑不同滤波器间的收敛速度问题，设计起来相对比较复杂；重复控制RC算法则无需并联多个滤波器便可实现对不同频率成分振动的同时抑制。重复控制RC算法是根据内模原理实现系统零静态误差的一种方法，而现有应用于磁悬浮转子系统的重复控制算法均是基于谐波电流频率精确确定的条件下完成的内膜结构设计，并没有考虑谐波电流频率变化或不确定时谐波电流抑制效果衰减的问题。

发明内容

本发明目的为：克服现有技术不足，发明了一种基于二阶奇次重复控制器的磁悬浮转子奇次谐波电流抑制方法。该发明通过二阶重复控制算法的引入，提高了磁悬浮转子系统在谐波电流频率变化或不确定条件下的奇次谐波电流抑制精度。

本发明采用的技术方案为：一种基于二阶奇次重复控制器的磁悬浮转子奇次谐波电流抑制方法，包括以下步骤：

步骤(1)建立含有转子质量不平衡和传感器谐波的磁悬浮转子动力学模型；

磁悬浮转子径向两自由度由主动磁轴承控制，其余三个自由度由安装在转子和定子上的永磁环实现无源稳定悬浮。Q为磁轴承定子几何中心，O为转子几何中心，C为转子质心。以Q为中心建立惯性坐标系QXY，以O为中心建立旋转坐标系Oεη，(x,y)为在惯性坐标系下转子几何中心O的坐标值。

针对X通道谐波电流，建模如下：