[发明专利]一种基于变块长频域LMS算法的磁悬浮转子谐波电流抑制方法

说明书

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，具体涉及一种基于变块长频域LMS(Least Mean Square,LMS)算法的磁悬浮转子谐波电流抑制方法，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“超静”卫星平台上的应用提供技术支持。

背景技术

随着我国航空航天事业的不断深化，对卫星平台的指向精度和稳定度要求越来越高。磁悬浮控制力矩陀螺采用磁轴承支承，具有无摩擦、长寿命、主动振动可控等优点，是实现“超静”卫星平台的理想执行机构之一。

磁悬浮控制力矩陀螺依据支承转子的磁轴承主动控制自由度个数，可以分为全主动磁悬浮控制力矩陀螺和主被动磁悬浮控制力矩陀螺。主被动磁悬浮控制力矩陀螺的部分自由度由主动磁轴承控制，较全主动磁悬浮控制力矩陀螺来说，具有低功耗、结构紧凑、体积小等优点。虽然磁悬浮控制力矩陀螺无摩擦，但是仍然存在高频振动，影响卫星平台的指向精度和稳定度。磁悬浮控制力矩陀螺的高频振动主要由转子不平衡和传感器谐波引起，不仅会导致同频振动，还会造成倍频振动，合称为谐波振动。其中转子不平衡量是主要振动源，由转子质量的不平衡引起。由于传感器检测面的圆度误差、材质不理想、电磁特性不均匀等原因，位移传感器信号中存在同频和倍频成分，即传感器谐波。随着转速的上升，当倍频成分接近转子的框架或壳体的固有模态时，会引起共振，振动幅值会急剧增加，严重影响超静卫星平台的高精度性能。

谐波振动抑制可以分为零电流、零位移和零振动三类，其中零电流可以用最少的计算量和功耗抑制大部分的振动，本发明对磁悬浮转子进行谐波电流视为扰动进行谐波电流抑制，实现零电流。现有技术主要针对单一频率的干扰进行抑制，对于谐波扰动抑制研究相对较少，主要可以分为两类。第一类方法针对不同频率的振动并联多个滤波器，如并联多陷波器或多个LMS滤波器等。该方法不能针对所有振动同时抑制，计算量大，且需要考虑不同滤波器间的收敛速度问题，设计起来比较复杂。第二类方法无需并联多个滤波器便可实现对不同频率成分振动的同时抑制，如频域LMS算法等方法。频域LMS算法是在频域进行信号的自适应及权向量的更新，相比于传统的LMS算法，计算量减少。现有频域LMS算法进行谐波电流抑制的收敛速度较慢，精度较低。

发明内容

本发明的目的为：克服现有技术的不足，发明一种基于变块长频域LMS算法的磁悬浮转子谐波电流抑制方法，通过改变块长大小提高电流抑制效果。

本发明采用的技术方案为：一种基于变块长频域LMS算法的磁悬浮转子谐波电流抑制方法，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

主被动磁悬浮控制力矩陀螺转子主动磁轴承控制转子径向两自由度实现悬浮，其余三个自由度由安装在转子和定子上的永磁环实现无源稳定悬浮。设转子质心所在的中心平面为Ι，径向磁轴承的定子中心线与面Ι交于点N。转子几何轴和惯性轴分别交面Ι于O、C两点。在Ι内，以N为原点建立惯性坐标系NXY，以O为原点建立旋转坐标系Oεη。设OC长度为l，OC与Oε坐标轴的夹角为θ，O、C在坐标系NXY中的坐标分别为(x,y)、(X,Y)。

主被动磁轴承轴承力由主动磁轴承电磁力和被动磁轴承磁力两部分组成。X通道中轴承力f_x可写为：

f_x＝f_ex+f_px

其中，f_ex为X通道主动磁轴承电磁力，f_px为X通道被动磁轴承磁力。被动磁轴承产生的力与位移呈线性关系，表示为：

f_px＝K_prx

其中，K_pr是被动磁轴承位移刚度。

当转子悬浮在磁中心附近时，主动磁轴承电磁力可近似线性化为：

f_ex≈K_erx+K_ii_x

其中，K_er、K_i分别为主动磁轴承位移刚度、电流刚度，i_x为功放输出电流。

对于含有质量不平衡的转子系统，有：

X(t)＝x(t)+Θ_x(t)

其中，X(t)为转子质心位移，x(t)为转子几何中心位移，Θ_x(t)为质量不平衡引起的位移扰动，记为：