[發明專利]一種基于有限維重復控制的磁軸承系統多諧波振動抑制方法

有效

• 申請號: 201710239024.6
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN106873655B
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 劉虎;張會娟;房建成;劉剛;張染;陳曦
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D19/02
• 分類號: G05D19/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明公開了一種基于有限維重復控制(Finite Dimensional Repetitive Control,FDRC)的磁軸承系統多諧波振動抑制方法，該方法包括如下步驟：首先建立包含轉子不平衡和位移傳感器諧波噪聲Sensor Runout的兩自由度磁軸承系統轉子動力學模型；其次利用線圈電流和位移傳感器信號構建振動力，并作為一階FDRC的被控變量，實現同頻振動力抑制；然后設計并聯式FDRC實現高階次諧波振動力抑制，最終實現兩自由度磁軸承系統諧波振動抑制。本發明能夠克服了傳統重復控制中低通濾波器對振動抑制精度與系統穩定性的影響；克服了功放低通特性對振動抑制精度的影響，且不需要再對功放系統另外設計補償環節；可以根據系統振動力要求合理選擇FDRC的階數，減小計算量。

技術領域

本發明屬于磁軸承系統主動振動控制領域，具體涉及一種基于有限維重復控制的磁軸承系統多諧波振動抑制方法，用于包含轉子不平衡和傳感器諧波噪聲(SensorRunout)的兩自由度磁軸承系統多諧波振動力抑制。

背景技術

隨著超高分辨率對地觀測、天文觀測、星間激光通信等超高分辨率衛星的發展，“超靜超穩”與敏捷機動成為衡量衛星平臺性能的兩項重要指標。越來越高的分辨率指標對衛星平臺的指向精度和姿態穩定度要求越來越高，對衛星平臺的振動越來越敏感。然而高速旋轉的慣性執行機構引起的高頻低幅振動是衛星平臺的主要振動源，嚴重制約著“超靜超穩”衛星平臺的發展。磁懸浮慣性執行機構采用磁軸承支承，具有主動振動抑制的優點，可以從根本上消除高速轉子的高頻振動。

由于加工安裝誤差、材質不均勻、電子元器件非線性等機械與電氣非理想特性，磁懸浮慣性執行機構存在著轉子不平衡、Sensor Runout等振動源，從而傳遞出多諧波振動。按照振動產生途徑，永磁偏置混合磁軸承的磁懸浮慣性執行機構振動力可分為電流剛度力和永磁剛度力。因而，目前通常是在諧波電流抑制的基礎上再進行位移剛度力的補償，從而實現諧波振動抑制。然而這類方法在進行位移剛度力補償時，需要重新利用濾波器提取位移同頻信號，增加計算量；同時還需要另外考慮磁軸承功放系統的低通特性引起的位移剛度力補償誤差。

另一方面，磁軸承多諧波振動抑制多采用重復控制算法，但是其抑制多諧波振動效果、系統穩定性與低通濾波器的截止頻率設計有很大關系。低通濾波器的截止頻率越高，對高頻諧波分量抑制效果越好，但系統的穩定性越差；反之，系統穩定性越好，但高頻諧波分量抑制能力越差。同時，重復控制在一定程度上可能放大非諧波頻率處的噪聲。磁軸承系統諧波振動力主要分布于轉頻相關的前幾階倍頻處，因此只需要抑制前幾階諧波振動力即可實現磁軸承系統多諧波振動抑制。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，發明一種基于有限維重復控制的磁軸承系統多諧波振動抑制，將振動力分解為同頻分量和高次諧波分量，分別利用并聯式FDRC進行抑制，最終實現磁軸承系統多諧波振動力抑制。

本發明解決上述的技術問題采用的技術方案是：一種基于有限維重復控制的磁軸承系統多諧波振動抑制方法，首先建立包含轉子不平衡和位移傳感器諧波噪聲(SensorRunout)的磁軸承系統動力學模型，將振動力分解為同頻分量和高次諧波分量兩部分；其次利用線圈電流和位移傳感器信號構造振動力，設計一階FDRC實現同頻振動力抑制；然后設計并聯式FDRC抑制高階次諧波振動力，最終實現磁軸承系統多諧波振動抑制。本發明的具體步驟如下：

(1)建立含轉子不平衡和位移傳感器諧波噪聲(Sensor Runout)的磁軸承轉子動力學模型

對于兩自由度磁軸承系統，x軸和y軸兩通道相互解耦。假設x軸和y軸的位移剛度系數和電流剛度系數相同，包含轉子不平衡和位移傳感器諧波噪聲(Sensor Runout)的兩自由度磁軸承轉子動力學模型為：