[发明专利]一种磁悬浮飞轮转速控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮飞轮转速控制方法，适用于磁悬浮飞轮转速的高精度控制， 属于航天控制的技术领域。

背景技术

磁悬浮飞轮因具有无摩擦特点，使其易于实现高精度和长寿命等突出优点而成为空 间站、空间机动平台和敏捷机动卫星等航天器姿态控制执行机构的重要发展方向。要实 现磁悬浮飞轮的高精度转速控制，高精度的转速反馈与转速控制是其必要条件。

目前，测速主要有两种方法：hall位置传感器与光电码盘位置传感器。hall位置传 感器进行测速的问题是其信号输出频率太低，转速检测精度很差，因此，进行转速高精 度控制一般不采用hall位置传感器。采用光电码盘进行转速检测存在的问题是：采用光 电码盘进行测速时，由于光电码盘输出信号的频率很高，容易受到强电干扰，另外，当 磁悬浮飞轮转子振动时，转速检测值也出现偏差。一般进行光电码盘M/T法(M/T法， 是指测速过程中，不仅测取的测速脉冲m1和高频时钟脉冲m2随电机转速的不同而变化， 而且测量时间T也是变化的，它的时钟等于光电脉冲发生器m1各脉冲信号周期之和)测 速不进行处理，转速检测值会有一定偏差，因此，要对转速进行滤波处理，一般的滤波 方法不考虑噪声或干扰信号的性质滤波效果较差。

要实现磁悬浮飞轮的高精度控制既要保证控制程序的可靠运行又要保证控制精度。 在磁悬浮飞轮运行过程中其高速与低速电机参数存在摄动，当磁悬浮飞轮制动运行时其 控制系统模型与电动运行时的系统模型不同。采用一般的PID控制转速精度不能达到要 求，采用复杂的控制算法，可靠性却不能保证。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有方法对磁悬浮飞轮转速检测精度与控制性能的 不足，提出一种高精度的磁悬浮飞轮转速控制方法，在磁悬浮飞轮的全转速范围都有较 高的转速控制精度。

本发明的技术解决方案是：一种磁悬浮飞轮转速控制方法，根据给定磁悬浮飞轮速 度指令，控制磁悬浮飞轮的转速跟踪给定转速值，实现步骤如下：

(1)检测飞轮转速值

采用光电码盘利用M/T法进行测速，在测速程序中对光电码盘信号进行判断，当 光电码盘的高电平与低电平保持一定时间后触发计数器进行计数，以减少高频干扰信号 的影响，最后根据M/T法检测的光电码盘脉冲数与高频时钟数进行转换即得到当前时刻 磁悬浮飞轮转速值n(k)＝60f*m1/[P*(m2+m3)]，其中，f是高频时钟脉冲的频率，P是码 盘一周发出的脉冲数，在规定的时间Tc(一般是采样周期)内，分别计取光电码盘的脉 冲个数m1和高频时钟的脉冲个数m2，m3是Tc结束后到码盘下一个脉冲上升沿的时间 间隔；

(2)对所述当前时刻磁悬浮飞轮转速值进行模糊自适应kalman滤波

首先根据磁悬浮飞轮电机模型，取状态向量x₁(k)＝n(k)，x₂(k)＝x₁(k+1)-A*u(k)，其 中，x₁(k)，x₂(k)为系统状态向量，n(k)为步骤(1)得到的当前时刻磁悬浮飞轮转速值， A为根据系统参数计算得到的控制系数，u(k)为系统输出控制量。

则系统方程可写为如下的状态空间方程式：