[发明专利]一种基于多阶重复控制器的磁悬浮转子谐波电流抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于多阶重复控制器的磁悬浮转子谐波电流抑制方法，该方法针对磁悬浮控制力矩陀螺，首先建立包含质量不平衡和传感器谐波的磁悬浮转子动力学模型，其次采用多阶重复控制器对前三个周期的信号进行处理从而调节当前电流，实现固定频率下的谐波电流有效抑制。本发明能实现任意定转速下的谐波电流有效抑制，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。应用重复控制器在保证对谐波电流精确抑制的同时，在各频率点处具有较宽的陷波宽度，从而提高了控制系统的频率鲁棒性。

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，具体涉及一种基于多阶重复控制器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“超稳超静”卫星平台上的应用提供技术支撑。

背景技术

磁悬浮转子系统具有无摩擦、长寿命和主动振动可控等特性，在磁悬浮控制力矩陀螺、磁悬浮飞轮以及磁悬浮分子泵等方面有良好的应用。由于加工精度有限，磁悬浮转子不可避免的会存在质量不平衡，在高速转动过程中会产生与转速频率相同的同频控制电流；另一方面，由于传感器检测面、检测表面不平滑磁特性不一致，传感器检测信号中含有同频及倍频噪声，也即是传感器谐波，传感器谐波会引发谐波控制电流。由于磁悬浮转子质量不平衡和传感器谐波所产生的谐波控制电流，会使磁悬浮转子系统产生谐波振动力，进而传递到基座影响超稳超静卫星平台的姿态控制精度。

谐波振动抑制可以分为两大类，一类包括针对单一频率抑制的控制方法，如陷波器、谐振控制器等。针对传感器谐波所引起的振动，其特点在于存在基频和倍频多个频次的谐波，故而针对单一频率的控制方法往往不能使用简单的结构实现谐波抑制。另一类是指同时针对基频和倍频抑制的方法，如状态观测器、重复控制器等，这种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，其中状态观测器需要对扰动量进行估计，因而往往需要复杂的结构和较大的计算量。基于内模原理的重复控制器能实现对倍频谐波的完全抑制，现有的方法不具备频率鲁棒性。

发明内容

本发明的目的为：克服现有技术的不足，发明一种基于多阶重复控制器的磁悬浮转子谐波电流抑制方法，实现任意定转速下对基频波动不敏感的谐波电流精确抑制。

本发明采用的技术方案为：一种基于多阶重复控制器的磁悬浮转子谐波电流抑制方法，包括以下步骤：

步骤(1)建立包含质量不平衡和传感器谐波的磁悬浮转子动力学模型

根据磁悬浮转子结构图，对转子建立三个坐标系，广义坐标系、磁铁坐标系、位移传感器坐标系，由牛顿力学定律，得到转子运动方程：

其中，M是广义质量，G是陀螺矩阵，q_I是转子惯性轴在广义坐标系下的位移。f是广义力矢量，在磁铁坐标系下的力矢量表示为f_m，在位移传感器坐标系下表示为f_s，有转换关系：

f＝T_ff_m

其中，转换矩阵T_f由径向磁轴承质心到三坐标原点的距离l_m换算出来，f_m可表示为：

f_m＝k_ii_m+k_xq_m