[發明專利]一種基于自適應頻率估計的磁懸浮轉子多頻振動抑制方法

在審

• 申請號: 202210487764.2
• 申請日: 2022-05-06
• 公開（公告）號: CN114967446A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 蔡遠文;韓文靖;韓文婷;任元;王衛杰;尹增愿;于春淼
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊航天工程大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 陳超

本發明涉及一種基于自適應頻率估計的磁懸浮轉子多頻振動抑制方法。轉子質量不平衡是磁懸浮轉子系統最主要的振動源，其中，傳感器輸出信號引入了與轉子轉速同頻和倍頻的諧波分量，該分量會產生諧波電流，破壞系統的穩定性。針對不平衡振動源，在工作頻率范圍內進行高精度同頻和倍頻振動抑制，需要已知轉子的實際轉速。但當霍爾速度傳感器測量誤差較大或出現故障時，則需要估計出轉子的實際速度信號。該方法利用轉子的位移信號，發明一種自適應頻率估計的方法，估計出轉子的實際轉速，并有效抑制了系統中同頻和倍頻的控制電流。最后，利用陷波濾波器抑制系統中仍然存在的殘余位移剛度力，實現了磁懸浮轉子系統的多頻振動抑制。

技術領域

本發明涉及一種基于自適應頻率估計的磁懸浮轉子多頻振動抑制方法，適用于磁懸浮轉子系統中轉子轉速無法獲取或測量誤差較大時，對轉子轉速進行頻率估計，并對系統中的同頻及倍頻振動進行抑制。

技術背景

磁懸浮控制敏感陀螺中有兩大主要的不平衡振動源，包括轉子質量不平衡和傳感器誤差。質量不平衡會引起不平衡振動力和不平衡振動力矩。傳感器誤差主要有電磁材料的不均一性產生，通過控制器和功放系統進入閉環控制系統。轉子質量不平衡會引起較大的同頻振動分量，傳感器誤差會引起倍頻振動分量。

磁懸浮控制敏感陀螺作為星上的慣性執行和測量部件，磁懸浮轉子的高速旋轉被認為是星上不平衡振動的主要來源，必將阻礙衛星實現超高姿態穩定度和指向精度。因此，磁懸浮控制敏感陀螺的不平衡振動抑制問題的研究，對實現超靜衛星平臺超高精度超高穩定度的目標具有重要意義。

本發明所涉及的基于自適應頻率估計的磁懸浮轉子多頻振動抑制的方法。在當霍爾速度傳感器測量誤差較大或出現故障時，利用轉子的位移信號，通過自適應頻率估計的方法，估計出轉子的實際轉速，并有效抑制了系統中同頻和倍頻的控制電流。最后，利用陷波濾波器抑制系統中仍然存在的殘余位移剛度力，實現了磁懸浮轉子系統的多頻振動抑制。

發明內容

本發明解決的技術問題是：當霍爾傳感器出現故障或對轉子轉速的測量存在較大誤差時，利用自適應頻率估計的方法對轉子轉速進行頻率估計。并對轉子質量不平衡和傳感器誤差引起的同頻及倍頻振動進行抑制。

1、本發明的技術解決方案是：利用轉子的位移信號，通過自適應頻率估計的方法，估計出轉子的實際轉速，并有效抑制了系統中同頻和倍頻的控制電流。最后，利用陷波濾波器抑制系統中仍然存在的殘余位移剛度力，實現了磁懸浮轉子系統的多頻振動抑制，具體包括以下步驟：

(1)建立帶有不平衡振動的磁懸浮轉子動力學模型

假設磁懸浮控制敏感陀螺的每個徑向通道有相同的磁力參數，以X方向通道為例，傳感器誤差可表示為：

式中，表d_x示傳感器輸出信號中的諧振分量，k是一個正整數，表示第k次諧波分量，a_k和b_k分別表示諧波分量的幅度和初始相位；

根據牛頓第二定律，磁懸浮轉子系統的動力學公式為：

式中，m為磁懸浮轉子的質量，S_x為傳感器實際的輸出位移，F_x為徑向X通道的磁軸承力；

當轉子偏離平衡位置時，磁軸承力可在轉子中心近似線性化，表示為：

F_x≈k_i·i_x S_x+d_x+k_x·S_x (3)

式中，k_i為電流剛度系數，k_x為位移剛度系數，i_x為徑向X通道的控制電流；