[發(fā)明專利]一種基于1.5階混合重復(fù)控制器的諧波電流抑制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010584256.7
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111752153B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李金磊;劉剛;崔培玲;鄭世強
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 張乾楨;賈玉忠

本發(fā)明公開了一種基于1.5階混合重復(fù)控制器的諧波電流抑制方法，該方法首先建立含有不平衡量和傳感器諧波擾動的磁懸浮轉(zhuǎn)子動力學(xué)模型，結(jié)合分?jǐn)?shù)階重復(fù)控制，提出具有三補償通道并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過控制增益因子可以獨立地消除奇次、偶次諧波，且只需要0.5N個采樣周期，減小系統(tǒng)延時，加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，提高算法的抗干擾性，能有效地實現(xiàn)系統(tǒng)諧波電流的抑制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁懸浮轉(zhuǎn)子諧波電流抑制的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于1.5階混合重復(fù)控制器的諧波電流抑制方法，用于對磁懸浮控制力矩陀螺轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的諧波電流進(jìn)行抑制，為磁懸浮控制力矩在高分辨率對地觀測衛(wèi)星和敏捷機動衛(wèi)星上的應(yīng)用提供相應(yīng)的技術(shù)儲備。

背景技術(shù)

磁懸浮技術(shù)由于其無摩擦、壽命長、無需潤滑等優(yōu)勢，已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注。與傳統(tǒng)機械軸承相比，磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)采用磁懸浮軸承支承，其剛度、阻尼可控，可用于航天器敏捷機動和穩(wěn)定控制的慣性執(zhí)行機構(gòu)中。

運行過程中，由于控制系統(tǒng)的特殊性，慣性執(zhí)行機構(gòu)受到周期性擾動。其中內(nèi)部高速轉(zhuǎn)子由于其質(zhì)量不平衡，導(dǎo)致控制系統(tǒng)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速平方成正比的同頻振動。而磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的周期性擾動除了同頻振動還有倍頻振動。倍頻振動主要由位移傳感器誤差導(dǎo)致。位移傳感器誤差引起檢測表面的圓度誤差、電磁不均勻以及非線性特性。位移傳感器將檢測到含有諧波噪聲的磁懸浮轉(zhuǎn)子位移通過反饋環(huán)節(jié)進(jìn)入閉環(huán)控制系統(tǒng)，之后經(jīng)由功率放大環(huán)節(jié)輸出相應(yīng)的諧波電流，諧波電流在磁軸承線圈中產(chǎn)生不希望的振動力，最終將會通過磁軸承定子傳遞給基座，嚴(yán)重削弱衛(wèi)星的姿態(tài)穩(wěn)定性和成像質(zhì)量。

重復(fù)控制是一種基于內(nèi)模原理的控制器，它能在諧波頻率處產(chǎn)生無窮大的增益來跟蹤擾動信號，進(jìn)而消除周期性擾動。傳統(tǒng)的重復(fù)控制器中通常包含N個延時單元，在工程中的實際應(yīng)用中，N必須為整數(shù)，因此只能針對某些特定頻率實現(xiàn)諧波抑制。重復(fù)控制通常能同時實現(xiàn)奇次、偶次諧波頻率的抑制。但對于磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)而言，由于位移傳感器噪聲所帶來的擾動頻率一般是轉(zhuǎn)頻的奇數(shù)倍關(guān)系，并不包含所有諧波，因此在某些頻率產(chǎn)生高增益是不必要的，在降低系統(tǒng)魯棒性的同時還影響動態(tài)響應(yīng)速度。在實際調(diào)試中，由于電機轉(zhuǎn)頻波動或轉(zhuǎn)速測量傳感器精度過低所導(dǎo)致轉(zhuǎn)頻與實際值有一個微小偏差，這個偏差將會影響重復(fù)控制器在實際轉(zhuǎn)頻處所產(chǎn)生的增益和相位。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，發(fā)明一種基于1.5階混合重復(fù)控制器的諧波電流抑制方法，通過控制增益因子可以獨立地消除奇次、偶次諧波，在小范圍轉(zhuǎn)頻波動情況下實現(xiàn)諧波電流的有效抑制。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于1.5階混合重復(fù)控制器的諧波電流抑制方法，包括以下步驟：

步驟(1)建立含不平衡量和傳感器諧波擾動的磁懸浮轉(zhuǎn)子動力學(xué)模型

受材質(zhì)不均勻和位移傳感器檢測面圓度誤差的影響，位移傳感器的輸出信號將會引入與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同頻和倍頻的諧波噪聲，即傳感器諧波擾動，

設(shè)O為轉(zhuǎn)子幾何中心，O_s為傳感器電性能中心，一端徑向的四個傳感器以轉(zhuǎn)子軸為中心分別對稱安裝，μ₀為磁間隙；轉(zhuǎn)子在結(jié)構(gòu)上是幾何對稱的，假設(shè)徑向通道具有相同的磁力參數(shù)，對于X方向，傳感器諧波擾動為：

式中h_sr為位移傳感器諧波分量，Ω為轉(zhuǎn)速，t為時間，k為正整數(shù)，表示第k次諧波分量， A_i、ξ_si分別為諧波分量的幅值和初始相位，i為中間變量；

含不平衡量和傳感器諧波擾動的磁軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，Θ_x表示轉(zhuǎn)子在X通道的不平衡量，其頻率與轉(zhuǎn)頻相同，在控制系統(tǒng)中表現(xiàn)為同頻擾動；G_c(s)、G_w(s)、G_s(s)、G_p(s)分別為控制器、功率放大器、傳感器、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，*(s)為*的拉普拉斯變換；根據(jù)牛頓第二定律，磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)方程為：