[发明专利]基于磁悬浮轴承主动刚度调控的旋转载荷平稳控制方法

摘要

基于磁悬浮轴承主动刚度调控的旋转载荷平稳控制方法，它属于航天器轴承关节刚度建模与控制领域。本发明解决了采用现有方法不能实现定子空间漂浮的磁悬浮轴承刚度精细建模及其低刚度的主动调控的问题。本发明根据旋转载荷卫星系统的工作模式和结构特点，设计能够根据轴承中心位移变化以及卫星平台和旋转载荷的空间相对姿态信息求解出各磁极磁隙变化的算法，进而根据电磁理论建立等效至磁悬浮轴承中心处的电磁作用模型，求解得到磁悬浮轴承刚度模型，再根据刚度模型设计控制器参数进行低刚度主动调控，实现旋转载荷的平稳控制。本发明可以应用于航天器轴承关节刚度建模与控制领域。

主权项

1.基于磁悬浮轴承主动刚度调控的旋转载荷平稳控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、确定旋转载荷卫星系统的构成和工作模式，定义地心赤道坐标系oxyz、轨道坐标系o_ox_oy_oz_o、旋转载荷卫星系统质心坐标系o_sx_sy_sz_s、卫星平台本体坐标系o_bx_by_bz_b和旋转载荷本体坐标系o_px_py_pz_p；步骤二、根据卫星平台和旋转载荷的空间相对姿态信息以及磁悬浮轴承中心位移信息求解出左径向轴承和右径向轴承磁极磁隙变化；步骤三、根据卫星平台和旋转载荷的空间相对姿态信息以及磁悬浮轴承中心位移信息求解出轴向轴承磁极磁隙变化；步骤四、设定磁悬浮轴承磁隙控制原理为PD控制，根据步骤二求解出的左径向轴承、右径向轴承磁极磁隙变化以及步骤三求解出的轴向轴承磁极磁隙变化，结合麦克斯韦电磁力方程，计算出左径向轴承和右径向轴承各磁极对的电磁力，以及轴向轴承磁极对的电磁力；根据左径向轴承、右径向轴承各磁极对的电磁力以及轴向轴承磁极对的电磁力，求出各磁极对的电磁作用力等效至磁悬浮轴承中心上的电磁合力矢量F_m在卫星平台本体系下投影F_mb以及各磁极对的电磁作用力等效至磁悬浮轴承中心上的电磁合力矩矢量T_m在卫星平台本体系下投影T_mb；步骤五、根据步骤四获得的电磁合力矢量F_m在卫星平台本体系下投影F_mb和电磁合力矩矢量T_m在卫星平台本体系下投影T_mb，求解整理得到磁悬浮轴承的位移刚度模型和角刚度模型；步骤六、简化步骤五获得的磁悬浮轴承位移刚度模型和角刚度模型，利用简化后的模型对径向轴承比例控制参数和轴向轴承比例控制参数加以设计，通过设计的径向轴承比例控制参数和轴向轴承比例控制参数对磁悬浮轴承刚度进行主动调控，实现对旋转载荷的平稳控制。