【技术实现步骤摘要】
基于双通道谐波重构的磁悬浮转子直接振动力抑制方法
[0001]本专利技术涉及磁悬浮转子谐波振动抑制的
，具体涉及一种基于双通道谐波重构DCHR(Dual Channel Harmonic Reconstruction,DCHR)的磁悬浮转子直接振动力抑制方法，用于对磁悬浮控制力矩陀螺转子系统中的多次谐波振动力进行抑制，从而达到抑制高转速下转子谐波振动的目的，为实现在“超精超稳”的卫星平台的运用提供技术支撑。
技术介绍
[0002]惯性执行机构分为两大类：惯性动量轮和控制力矩陀螺(Control Moment Gyroscope,CMG)。控制力矩陀螺具有力矩放大倍数大、动态性能优异和输出力矩精度高的优点，是大型航天器姿态控制系统里的关键执行部件。磁悬浮控制力矩陀螺转子按支撑方式的不同分为机械轴承和磁悬浮轴承两种。后者相较于前者有着明显的优点，主要表现为：首先，转子与定子无摩擦，无润滑，可以使得转子保持在高转速的同时仍保证长寿命；其次，通过电磁线圈电流的改变可使轴承具备可调刚度和阻尼的特性，有效抑制各种激振；再次，可以通...
【技术保护点】
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种基于双通道谐波重构的磁悬浮转子直接振动力抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立含质量不平衡和传感器谐波的磁悬浮转子动力学模型和转子磁轴承力模型；应用对象为五自由度全主动磁轴承转子系统，包含有轴向平动和径向X,Y两个方向的平动与转动，只考虑径向四个自由度，对转子轴向的平动暂不考虑，整个系统包括磁悬浮高速转子、径向磁铁、轴向磁铁、位移传感器、控制器、H桥功率放大器；根据陀螺技术方程和牛顿第二定律，磁轴承转子系统径向动力学矩阵方程如下：其中，M是广义质量矩阵，包含质量和转动惯量参数；h
I
是磁悬浮转子惯性轴位移；G是陀螺矩阵；f是广义力矢量，包含磁轴承合力和力矩；设定转子悬浮在平衡位置时仅发生微小的位移运动，并且四个通道的磁轴承参数假设完全相同，因非线性磁轴承力方程经Taylor展开得到近似的线性化方程为：f
m
＝K
i
i
m
+K
h
h
m
其中，K
i
和K
h
分别为电流刚度系数和位移刚度系数，i
m
为径向磁轴承线圈电流，h
m
为磁轴承坐标系下转子的几何位移；联立上述两个方程，并结合磁轴承转子系统其余组成部分，最终得到含转子质量不平衡和传感器谐波的磁轴承转子系统的动力学方程如下：其中，G
c
(s)和G
w
(s)分别为控制器和功率放大器的传递函数矩阵；K
s
表示传感器增益系数，表示磁轴承坐标系(m系)、传感器坐标系(s系)和广义坐标系(i系)两两之间位移的坐标变换关系；Δh为转子的不平衡质量，h
sr
为传感器谐波误差；由磁轴承转子系统动力学方程进一步得到磁轴承力模型如下：其中，S(s)表示系统灵敏度函数：根据产生形式的不同，磁轴承力分为电流刚度力f
ii
和位移刚度力f
ih
如下：如下：根据振动频率的不同，磁轴承力分为同频力f
syn
和倍频力f
har
如下：如下：步骤2：设计基于双通道谐波重构的磁悬浮转子直接振动力抑制方法；多个双通道谐波重构控制器(DCHR)并联以负反馈的形式接入原闭环系统，采用构建的等效振动力作为同频振动抑制的输入，采用电流作为倍频振动抑制的输入，其输出反馈接入磁悬浮转子系统的功放输入端，该振动力抑制方法的具体实现包括如下三个方面：(1)双通道谐波重构控制器(DCHR)：根据磁悬浮转子系统X和Y通道方向信号幅值相等，
相位相差90
°
的正交特性，利用一个控制器实现对双通道的谐波重构；使用cos(kΩt)实现与参考信号同频的谐波信号的检测，通过低通滤波器完成直流信号的提取，使用和平方和反正切直接求出谐波的幅值和相位，利用幅值和相位信息完成对谐波的重构；同时在cos(kΩt)中添加相位补偿角提高系统的稳定裕度，根据稳定性条件在各个转速范围内给予不同的附加相位角输入，确保磁轴承转子系统全转速内的绝对稳定；(2)双频幅度补偿环节：在DCHR控制器的内部，提出并引入了双频幅度补偿环节，即构造对滤波性能影响较大的双频干扰项，并在滤波前进行剔除，有效降低低通滤波器的负担，提高谐波的检测性能；(3)DCHR控制器的输入：磁轴承转子系统需要分别设计针对同频和倍频振动力的多个并联DCHR控制器，根据步骤(1)建模得到的磁轴承力线性化公式f
m
技术研发人员：崔培玲，于嘉伟，周新秀，李衍宾，王旭，郑林子，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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