[發明專利]基于多諧波逆Park變換的磁懸浮轉子諧波振動力抑制方法

在審

• 申請號: 202210018411.8
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114371622A
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 崔培玲;于嘉偉;周新秀;李衍賓;鄭林子;王旭
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G01C19/5776
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗;鄧治平

本發明公開了一種基于多諧波逆Park變換的磁懸浮轉子諧波振動力抑制方法，首先建立含質量不平衡和傳感器諧波的磁懸浮轉子動力學模型，然后采用了基于MHIP控制器的磁懸浮轉子諧波電流抑制方法。該控制器使用逆Park變換的輸出作為Park變換的輸入，構建了虛擬正交信號解決了X和Y通道不能保持正交的問題。同時，提出一種改進閉環低通濾波器諧波檢測的方法；最后，引入補償相位角提高系統穩定裕度，保證了系統全轉速范圍內的穩定。本發明中的MHIP控制器結構簡單，檢測精度高，能對磁懸浮轉子中的諧波振動力有效抑制，適用于存在質量不平衡和傳感器諧波的磁懸浮轉子系統振動力抑制。

技術領域

本發明涉及磁懸浮轉子諧波振動抑制的技術領域，具體涉及一種基于多諧波逆Park變換MHIP(Multi Harmonic Inverse Park,MHIP)的磁懸浮轉子諧波振動力抑制方法，用于對磁懸浮控制力矩陀螺轉子系統中的諧波振動力進行抑制，為實現磁懸浮轉子在“超靜超穩”衛星平臺的慣性執行機構中的運用提供技術支撐。

背景技術

磁懸浮控制力矩陀螺CMG(Control Moment Gyroscope，CMG)使用磁軸承作為轉子的支撐裝置，依靠電磁力將轉子懸浮。相比于傳統的機械軸承，磁軸承具有以下幾方面的優點：首先，采用磁軸承制成的CMG在實現高轉速的同時，控制了轉子的小尺寸和低質量，保證了CMG的長壽命；再次，磁懸浮CMG具備可調剛度的特性，增大框架轉動慣量，提高CMG力矩輸出精度；最后，通過主動抑制算法進行主動振動控制，轉子有更優異的減振性能。因此，磁懸浮控制力矩陀螺成為衛星平臺慣性執行機構的理想選擇，有著迫切的應用需求。

按照轉子自由度的數量，磁懸浮CMG分為主被動磁懸浮CMG和全主動磁懸浮CMG。后者指的是CMG中五個自由度即徑向平動、轉動和軸向平動，全部由主動磁軸承控制，控制精度更高，振動抑制能力更強。但是磁懸浮控制力矩陀螺中，不可避免的存在持續、高頻振動，表現為與轉子轉速同頻和倍頻的諧波振動力。分析其原因，主要由轉子不平衡和傳感器諧波引起。前者由轉子質量的不平衡引起，后者由于傳感器檢測面的圓度誤差、材質不理想、電磁特性不均勻等原因引起。

諧波振動抑制可以分為零電流、零位移和零振動三類，其中零電流可以用最少的計算量和功耗抑制大部分的振動?，F有技術主要針對單一頻率的干擾進行抑制，對于諧波擾動抑制研究相對較少，主要有并聯多陷波器或多個LMS濾波器、重復控制RC算法等。但并聯多陷波器不能針對所有振動同時抑制，計算量大，且需要考慮不同濾波器間的收斂速度問題，設計起來比較復雜；而重復控制RC算法則無需并聯多個濾波器便可實現對不同頻率成分振動的同時抑制。重復控制RC算法是根據內模原理實現系統零靜態誤差的一種方法，而現有的應用于磁懸浮轉子控制系統的重復算法均沒有考慮針對特定頻段諧波抑制問題和系統的動態響應性能等問題。

針對磁軸承諧波的抑制大致分為零電流、零位移和零振動三種。現有技術主要集中在零電流方面，因為抑制電路的方式，功耗最小，結構穩定，不需要被控對象的數學模型，當參數發生攝動的時候也能有較好的魯棒性，主要有濾波器、重復控制、干擾觀測器等，但是由于負位移剛度力的存在往往會導致同頻振動力有殘余，針對零振動的直接抑制研究較少，因此有必要進行研究。同時，傳統方法選擇設計一個控制器進行雙通道的諧波抑制，像同步旋轉坐標法，雖然能夠降低控制器的數量，但是實際情況下發現，雙通道控制器需要兩路信號正交的前提并不總是滿足，因此在吸收現有技術優點的基礎上，構建針對單通道的虛擬正交信號至關重要。

發明內容

本發明的目的為：克服現有技術的不足，提供一種基于多諧波逆Park變換的磁懸浮轉子諧波振動力抑制方法，通過設計同頻和倍頻逆Park變換控制器，實現磁懸浮轉子任意定轉速下振動力的快速、精確抑制。