[发明专利]一种基于虚拟采样二阶重复控制的谐波电流抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于虚拟采样二阶重复控制的谐波电流抑制方法，该方法包括如下步骤：首先建立含质量不平衡和传感器谐波的磁悬浮转子动力学模型，其次虚拟采样可以在不改变物理采样频率的情况下保证扰动基本周期与采样周期之比为整数，二阶重复控制能够增强系统的鲁棒性，可以在频率有一定波动时依然保持良好的抑制效果；并针对高阶重复控制稳定性证明较难的问题，提出了一种新的稳定性分析方法。本发明中的虚拟采样二阶重复控制器通过改变单位延迟的实现方式，提高了系统的鲁棒性，适用于存在质量不平衡和传感器谐波的磁悬浮转子谐波电流抑制，提出新的稳定性分析方法，很大程度上减小了计算量。

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，具体涉及一种基于虚拟采样二阶重复控制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，为磁悬浮控制力矩陀螺在敏捷机动卫星和大型空间站上的应用提供相应的技术支持。

背景技术

磁悬浮控制力矩陀螺的转子系统具有零摩擦力、不需润滑、转速极高和可长期服役等诸多优点，且拥有主动磁轴承，故阻尼与刚度可调整。并且磁轴承控制回路能够通过插入振动控制算法实现谐波振动的主动抑制，避免了隔振装置占用额外空间并增加总体重量的问题。因此，在磁悬浮控制力矩陀螺的转子系统中利用较好的谐波振动抑制方法，可以实现更高精度的振动抑制性能。然而，磁悬浮转子系统受到材料、加工精度、装配精度、电子元器件误差等不可避免的因素的影响，会产生谐波控制电流，进一步会产生可传递至基座的振动力，从而影响超静卫星平台的各项性能：一方面，由于转子材质分布不均、加工偏差、装配误差等原因，转子质量分布同样也不可能完全均匀，如果几何中心和质心不匹配，旋转轴和惯性轴不一致，就会造成等同于基频的同频振动；另一方面，由于系统机械、电气等性能不理想，传感器谐波噪声信号会影响位移传感器的输出结果，致使其含有不希望的谐波量，进而引发同频和倍频振动。

重复控制可以用来实现零稳态误差跟踪周期参考输入信号或抑制周期干扰信号，已经被应用在有源电力滤波器、脉宽调制逆变器、并网型逆变器等电学领域。其具有在目标频率点处引入了无穷增益的特性，可以被添加在磁悬浮转子系统的控制回路中来抑制谐波电流干扰。但是传统重复控制器容易在扰动信号周期与采样周期之比不为整数时发生性能衰减，且转速测量误差或处理器时钟误差漂移等使信号频率出现偏差时也容易削弱传统类型重复控制器的抑制效果。另外对于高阶重复控制的稳定性证明如果继续采用最小增益理论，则会非常复杂。如果不解决上述问题，那么磁悬浮控制力矩陀螺就很容易由于振动没有得到较好的抑制而影响到超静卫星平台的正常稳定工作。

发明内容

本发明的目的为：克服现有技术的不足，发明一种基于虚拟采样二阶重复控制的谐波电流抑制方法，通过改变单位延迟的实现方式，在不改变物理采样频率的情况下保证扰动基本周期与采样周期之比为整数，提高了系统的鲁棒性，实现了磁悬浮转子谐波电流的有效抑制，并提出新的稳定性分析方法，很大程度上减小了计算量。

本发明采用的技术方案为：一种基于虚拟采样二阶重复控制的谐波电流抑制方法，包括以下步骤：

步骤(1)：建立含质量不平衡和传感器谐波的磁悬浮转子动力学模型

全主动磁悬浮转子系统的全部五个自由度均是由轴承力可调的混合磁轴承控制，磁轴承包括四对径向磁轴承和一对轴向磁轴承，对应的，位移传感器同样是分为四对径向位移传感器和一对轴向位移传感器，转子沿X轴和Y轴径向的平移和扭转都由径向磁轴承控制，并被径向位移传感器测量，轴向磁轴承和轴向位移传感器则是分别控制和测量转子沿Z轴轴向的平动，磁悬浮转子具有对称结构，在X方向上扰动来源以及控制算法如下：

根据牛顿第二定律，磁悬浮转子在X方向的动力学方程如下：

其中，m表示转子的质量，表示转子的加速度，f_x表示磁轴承在X方向的轴承力，f_ux代表不平衡力在X方向的分力，可表示为：