[发明专利]多陷波器并联的磁悬浮转子振动谐波抑制方法及系统

说明书

本发明公开了一种多陷波器并联的磁悬浮转子振动谐波抑制方法及系统，包括依次连接在一起的并联相移陷波器、磁悬浮控制器、磁轴承转子，其中，并联相移陷波器的信号提取点放在磁悬浮控制器的输入端，并联相移陷波器的信号插入点放在位移误差信号处，发明针对磁悬浮转子，考虑转子质量不平衡和传感器振动的影响，建立包含谐波扰动的磁悬浮转子动力学模型，通过并联不同相移的多个陷波器有效抑制变转速频率下谐波电流的不同频率扰动分量，进而有效抑制谐波振动，同时保证系统的闭环稳定性，并对磁悬浮‑转子系统变速情况下的谐波抑制问题具有参考意义。

技术领域

本发明涉及一种不同相位的多陷波器并联的磁悬浮转子控制系统，从而获得全转速范围内优越的谐波电流抑制效果，进而有效抑制谐波振动。本发明属于磁悬浮-转子系统谐波振动抑制领域。

背景技术

磁悬浮飞轮转子由于具有非接触、低功耗、长寿命等优点，成为卫星稳定性研究的热点。为了获得超高精度的卫星姿态控制性能，非常有必要尽可能地减少磁悬浮转子不需要的振动力。电磁轴承-转子系统中不需要的振动力主要是由谐波电流引起的，这是磁悬浮转子系统中普遍存在的问题，它对系统稳定性和性能下降构成了潜在的威胁。谐波电流包含同步电流和多频电流。质量不平衡是主要的振源，并将在控制系统中引入同步电流。考虑到敏感表面的圆度误差和非理想的电磁特性，传感器振动会产生同步的多频电流。

为了控制振动，谐波电流的抑制的方法也在被不断提出。然而方法大多针对固定频率的多频振动控制，由于磁悬浮转子的转速变化范围很大，不能满足实际运行的需要。在电磁轴承振动主动控制的应用中也发现了一些现代控制算法，但是大多数现代控制方法都是基于模型的。数学模型的准确性是保证系统性能良好的关键。然而，获取被控对象模型并不是一件容易的事情，在实践中的应用受到了一定的限制。

在闭环系统中加入陷波器的方法对于振动抑制问题的解决有很大意义，例如之前提出了一种相移陷波器来并联基线磁悬浮控制器，该陷波器在抑制同步电流的同时，保证了系统在整个速度范围内的稳定性。通常都采用多陷波器抑制谐波电流，但是，多陷波器具有相同的结构和参数，在整个转速范围内不能保证闭环稳定性。由于不同的谐波在较宽的速度范围内交叉，当陷波器插入到基线系统中时，不可避免地会影响闭环稳定性。在全转速范围内有效抑制谐波振动同时保证系统的全局稳定性，是磁轴承转子振动控制系统中的很有挑战性的一个问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多陷波器并联的磁悬浮转子振动谐波抑制方法及系统，通过并联不同相移的多个陷波器有效抑制变转速频率下谐波电流的不同频率扰动分量，进而获得高效的抑制谐波振动性能，同时保证系统的闭环稳定性。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种多陷波器并联的磁悬浮转子振动谐波抑制方法，通过引入不同的移相的多个陷波器并联来抑制磁悬浮-转子系统在时变转速频率下谐波电流的不同频率扰动分量，从而在全转速范围内有效抑制谐波振动。

具体包括以下骤：

步骤1)，采集转子转速、谐波的直流分量，考虑转子质量不平衡和传感器振动，建立包含谐波扰动的磁悬浮转子动力学模型；

步骤2)，搭建带有以并行模式连接的多个相移陷波器的闭环控制系统，明确相移陷波器的插入方式；

步骤21)，设计用于消除时变转速频率下控制电流中同频扰动分量的相移陷波器。

传统的陷波器通常具有如下的传递函数形式：

其中，N(s)为传统陷波器的传递函数，s为拉普拉斯算子，Ω表示转子转速，ε是相移陷波器的增益系数，它影响着算法的收敛速度。

步骤22)，在传统陷波器的基础上引入调节相位φ，构成相移陷波器，表示如下：