[發明專利]一種基于雙通道陷波器的磁懸浮轉子同頻振動力矩抑制方法

有效

• 申請號: 202110890520.4
• 申請日: 2021-08-04
• 公開（公告）號: CN113485472B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 崔培玲;李衍賓;杜亮;吳陽;鄭林子;于嘉偉;王旭
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D17/02
• 分類號: G05D17/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 鄧治平;安麗

本發明公開了一種基于雙通道陷波器的磁懸浮轉子同頻振動力矩抑制方法，該方法包括如下步驟：首先建立考慮轉子動不平衡的磁懸浮轉子動力學模型，然后采用基于雙通道陷波器的磁懸浮轉子同頻振動力矩抑制方法。其中，雙通道陷波器能精確抑制同頻振動力矩，使用一個控制器同時抑制X和Y方向的振動，較小硬件計算資源。同時，引入相位補償角可以保證系統在更大頻率范圍的絕對穩定性。本發明中的雙通道陷波器控制器結構簡單，在實際應用中很方便，適用于存在轉子動不平衡的磁懸浮控制力矩陀螺同頻振動力矩的抑制。

技術領域

本發明涉及磁懸浮控制力矩陀螺振動抑制的技術領域，具體涉及一種基于雙通道陷波器的磁懸浮轉子同頻振動力矩抑制方法，用于對磁懸浮控制力矩陀螺轉子系統在全工作轉速范圍內的同頻振動力矩進行抑制，為磁懸浮控制力矩陀螺在“超靜”、“超穩”衛星平臺上的應用提供技術支持。

背景技術

控制力矩陀螺具有輸出力矩大，響應速度快的特點，是敏捷機動衛星的理想姿態控制執行機構。磁懸浮控制力矩陀螺使用主動磁軸承實現轉子的無接觸支撐，具有無摩擦，高轉速等優點，并且可實現主動振動控制。MSCMG在未來超敏捷機動衛星上具有廣闊的應用前景。

由于轉子質量不平衡的存在使幾何軸和慣性軸發生偏轉和偏移，當轉子高速旋轉時會產生同頻振動。轉子質量不平衡分為靜不平衡和動不平衡，靜不平衡會產生同頻振動力，動不平衡會產生同頻振動力矩。同頻振動力和力矩會造成超敏捷機動衛星的性能下降，因此對同頻振動力和力矩進行抑制是磁軸承技術應用的一項亟待解決的關鍵性技術。

消除系統的同頻電流可以降低大部分同頻振動，對特定頻率進行抑制，常用的方法有LMS算法，自適應陷波器，諧振控制器等。抑制線圈電流可以實現對絕大部分振動的抑制，但是仍有部分殘余位移剛度力存在。并且很多方法是針對同頻振動力抑制，同頻振動力矩由于轉子高速下的強陀螺效應，使得X方向和Y方向具有耦合，給抑制算法的設計帶來了難度，對于振動力矩抑制的研究仍有待深入。

發明內容

本發明的目的為：克服現有技術的不足，提供一種基于雙通道陷波器的磁懸浮轉子同頻振動力矩抑制方法，通過使用電流和位移根據電磁力模型構造出的振動力矩作為控制算法輸入，可以實現同頻力矩的完全抑制，利用X、Y方向信號的正交特性可以一個控制器同時抑制兩個方向的振動力，減小了計算資源，通過引入相位補償角在不同頻段對相位進行補償，實現了全工作頻段的絕對穩定。

本發明采用的技術方案為：一種基于雙通道陷波器的磁懸浮轉子同頻振動力矩抑制方法，包括以下步驟：

步驟(1)：以振動力矩為抑制目標，建立包含轉子動不平衡的磁懸浮轉子動力學模型；

步驟(2)：基于步驟(1)中建立的動力學模型，設計改進雙通道相移陷波器，在改進雙通道相移陷波器中加入相位補償角和阻尼因子，并使用復系數簡化，得到雙通道陷波器復系數傳遞函數，以電流和位移構造同頻振動力矩為輸入，通過調節雙通道陷波器中的收斂因子與阻尼因子的比值，使雙通道陷波器在轉子轉速同頻處產生預定的增益，將雙通道陷波器以反饋形式接入磁懸浮轉子控制系統中實現同頻量的有效抑制；

步驟(3)：基于步驟(2)中得到的雙通道陷波器復系數傳遞函數，確定加入改進雙通道相移陷波器后磁懸浮轉子控制系統的穩定條件；根據穩定條件，設計相位補償角，通過相位補償角保證工作轉速范圍內的磁懸浮轉子控制系統穩定性，完成磁懸浮轉子全轉速范圍內的同頻振動力矩抑制。

所述步驟(1)中，磁懸浮轉子磁軸承系統包含四對徑向磁軸承和四對徑向位移傳感器。設N是定子幾何中心，NXY是慣性坐標系，C和O分別是轉子的質量中心和幾何中心，Oεη是旋轉坐標系。

設α和β分別是轉子慣性軸在徑向偏轉兩自由度的位移。由牛頓第二定律可以得到徑向偏轉自由度的動力學模型，表示如下：