[发明专利]一种基于1.5阶混合重复控制器的谐波电流抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于1.5阶混合重复控制器的谐波电流抑制方法，该方法首先建立含有不平衡量和传感器谐波扰动的磁悬浮转子动力学模型，结合分数阶重复控制，提出具有三补偿通道并联的结构。本发明通过控制增益因子可以独立地消除奇次、偶次谐波，且只需要0.5N个采样周期，减小系统延时，加快系统的动态响应，提高算法的抗干扰性，能有效地实现系统谐波电流的抑制。

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1.5阶混合重复控制器的谐波电流抑制方法，用于对磁悬浮控制力矩陀螺转子系统中的谐波电流进行抑制，为磁悬浮控制力矩在高分辨率对地观测卫星和敏捷机动卫星上的应用提供相应的技术储备。

背景技术

磁悬浮技术由于其无摩擦、寿命长、无需润滑等优势，已经受到越来越多的关注。与传统机械轴承相比，磁悬浮转子系统采用磁悬浮轴承支承，其刚度、阻尼可控，可用于航天器敏捷机动和稳定控制的惯性执行机构中。

运行过程中，由于控制系统的特殊性，惯性执行机构受到周期性扰动。其中内部高速转子由于其质量不平衡，导致控制系统产生与转子转速平方成正比的同频振动。而磁悬浮转子系统中的周期性扰动除了同频振动还有倍频振动。倍频振动主要由位移传感器误差导致。位移传感器误差引起检测表面的圆度误差、电磁不均匀以及非线性特性。位移传感器将检测到含有谐波噪声的磁悬浮转子位移通过反馈环节进入闭环控制系统，之后经由功率放大环节输出相应的谐波电流，谐波电流在磁轴承线圈中产生不希望的振动力，最终将会通过磁轴承定子传递给基座，严重削弱卫星的姿态稳定性和成像质量。

重复控制是一种基于内模原理的控制器，它能在谐波频率处产生无穷大的增益来跟踪扰动信号，进而消除周期性扰动。传统的重复控制器中通常包含N个延时单元，在工程中的实际应用中，N必须为整数，因此只能针对某些特定频率实现谐波抑制。重复控制通常能同时实现奇次、偶次谐波频率的抑制。但对于磁悬浮转子系统而言，由于位移传感器噪声所带来的扰动频率一般是转频的奇数倍关系，并不包含所有谐波，因此在某些频率产生高增益是不必要的，在降低系统鲁棒性的同时还影响动态响应速度。在实际调试中，由于电机转频波动或转速测量传感器精度过低所导致转频与实际值有一个微小偏差，这个偏差将会影响重复控制器在实际转频处所产生的增益和相位。

发明内容

本发明的目的为：克服现有技术的不足，发明一种基于1.5阶混合重复控制器的谐波电流抑制方法，通过控制增益因子可以独立地消除奇次、偶次谐波，在小范围转频波动情况下实现谐波电流的有效抑制。

本发明采用的技术方案为：一种基于1.5阶混合重复控制器的谐波电流抑制方法，包括以下步骤：

步骤(1)建立含不平衡量和传感器谐波扰动的磁悬浮转子动力学模型

受材质不均匀和位移传感器检测面圆度误差的影响，位移传感器的输出信号将会引入与转子转速同频和倍频的谐波噪声，即传感器谐波扰动，

设O为转子几何中心，O_s为传感器电性能中心，一端径向的四个传感器以转子轴为中心分别对称安装，μ₀为磁间隙；转子在结构上是几何对称的，假设径向通道具有相同的磁力参数，对于X方向，传感器谐波扰动为：

式中h_sr为位移传感器谐波分量，Ω为转速，t为时间，k为正整数，表示第k次谐波分量， A_i、ξ_si分别为谐波分量的幅值和初始相位，i为中间变量；

含不平衡量和传感器谐波扰动的磁轴承转子系统中，Θ_x表示转子在X通道的不平衡量，其频率与转频相同，在控制系统中表现为同频扰动；G_c(s)、G_w(s)、G_s(s)、G_p(s)分别为控制器、功率放大器、传感器、转子系统的传递函数，*(s)为*的拉普拉斯变换；根据牛顿第二定律，磁悬浮转子系统动力学方程为：