[發(fā)明專利]基于相位滯后補償?shù)拇艖腋★w輪同頻振動力抑制方法及控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710996614.3
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN108008745B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭聰;何家希;鄧智泉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G05D19/02
• 分類號: G05D19/02;G05B13/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 向妮

本發(fā)明公開了一種基于相位滯后補償?shù)拇艖腋★w輪同頻振動力抑制方法及控制系統(tǒng)，本發(fā)明針對磁懸浮飛輪，考慮轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，建立包含同頻振動力的磁懸浮轉(zhuǎn)子動力學(xué)模型，通過相移陷波器有效消除時變轉(zhuǎn)速頻率下控制電流中的同頻擾動分量，再利用比例補償項和額外補償項完全消除位移剛度中的殘余同頻振動力，從而獲得高精度和強魯棒的時變同頻振動力抑制性能，并對磁懸浮?轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的主動振動控制具有參考意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁懸浮-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主動振動控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于相位滯后補償?shù)拇艖腋★w輪同頻振動力抑制方法及控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

磁懸浮飛輪中最主要的振動源是轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量。轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子幾何軸與慣性軸不一致，從而產(chǎn)生與飛輪轉(zhuǎn)速同頻的振動。磁懸浮飛輪的同頻振動力主要由兩部分組成，一部分是來自線圈中同頻控制電流的擾動，另一部分是來自磁軸承位移剛度中的殘余同頻振動分量。質(zhì)量不平衡補償技術(shù)已經(jīng)被廣泛地用于減少同頻控制電流的擾動，并驅(qū)使轉(zhuǎn)子繞慣性軸旋轉(zhuǎn)。盡管質(zhì)量不平衡補償技術(shù)可以減少很大一部分的不平衡振動力，但仍然殘余位移剛度部分的不平衡振動力分量。為了獲得超高精度的衛(wèi)星姿態(tài)控制性能，非常有必要盡可能地減少磁懸浮飛輪的同頻振動力。因此，高精度的同頻振動力抑制方法不僅需要抑制同頻控制電流的擾動，還需消除位移剛度引起的殘余同頻振動力。此外，磁懸浮飛輪通常由永磁偏置混合磁軸承組成，由于永磁體的存在，殘余在位移剛度中的同頻分量與純電磁軸承結(jié)構(gòu)相比更大。

磁軸承控制系統(tǒng)通常采用電流模式的功率放大器來產(chǎn)生對應(yīng)的控制電流輸入信號，而磁軸承線圈是典型的電感負荷，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不為零時，會產(chǎn)生相位滯后問題，而且轉(zhuǎn)速越高，這種相位滯后問題越嚴(yán)重，對于完全消除位移剛度中殘余同頻振動力的影響也越大。因此，為了有效消除位移剛度中的殘余同頻振動力，必須考慮功率放大器相位滯后的問題，從而獲得高精度的同頻振動力抑制效果。

特別需要注意的是，由于磁懸浮飛輪工作時需要不斷地升降速來與衛(wèi)星交換角動量，以穩(wěn)定衛(wèi)星的姿態(tài)，因此，對于磁懸浮飛輪的不平衡振動控制需要自適應(yīng)變化于時變轉(zhuǎn)速頻率。另一方面，主動振動算法是“嵌入”磁軸承基本懸浮控制系統(tǒng)中，并與基本控制器同時作用，不可避免的會影響整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，迫切需要為時變轉(zhuǎn)速頻率下的磁懸浮飛輪同頻振動力控制研究一種簡單實用的方法，以獲得高精度和強魯棒的時變同頻振動力抑制性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明研究磁懸浮飛輪系統(tǒng)的全轉(zhuǎn)速高精度同頻振動力抑制方法，提出一種基于相位滯后補償?shù)拇艖腋★w輪同頻振動力抑制方法，其特征在于，通過引入調(diào)節(jié)相位得到的相移陷波器消除磁懸浮-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在時變轉(zhuǎn)速頻率下控制電流中的同頻擾動分量，再通過用于抑制考慮功率放大器相位滯后的位移剛度中殘余同頻振動力的比例補償項和額外補償項以消除磁懸浮-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的位移剛度中的殘余同頻振動力。從而獲得高精度和強魯棒的時變同頻振動力抑制性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種基于相位滯后補償?shù)拇艖腋★w輪同頻振動力抑制方法，包括以下步驟：

1)考慮轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，建立包含同頻振動力的磁懸浮轉(zhuǎn)子動力學(xué)模型；

2)設(shè)計用于消除時變轉(zhuǎn)速頻率下控制電流中同頻擾動分量的相移陷波器，并在基本懸浮控制系統(tǒng)中嵌入相移陷波器，得到帶有相移陷波器的懸浮控制系統(tǒng)；

3)設(shè)計比例補償項和額外補償項，并在帶有相移陷波器的懸浮控制系統(tǒng)中嵌入這兩個補償項，從而得到同頻振動力控制系統(tǒng)；

4)對步驟3)中得到的同頻振動力控制系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析，確定相移陷波器中調(diào)節(jié)相位的穩(wěn)定性條件；

5)確定額外補償相位γ；

6)通過相移陷波器消除時變轉(zhuǎn)速頻率下控制電流中的同頻擾動分量，再通過比例補償項和額外補償項有效抑制位移剛度中的殘余同頻振動力；

所述基本懸浮控制系統(tǒng)包括懸浮控制器、功率放大器和磁軸承。