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磁悬浮微框架动量轮(Gimballing Momentum Wheel,GMW)是一种具有三轴力矩输出能力的新型磁悬浮惯性执行机构(Magnetically Suspended Inertial Actuator,MSIA)。单个磁悬浮GMW便可以实现航天器姿态小角度范围内的三轴稳定控制。本文以磁悬浮GMW的控制技术为主线,分别就悬浮偏转控制、偏转稳定性分析、主动振动控制以及控制系统实现等关键技术问题展开研究。本文的主要工作如下:1.建立了磁悬浮GMW系统动力学模型,研究了磁悬浮GMW的悬浮与偏转控制方法。首先,介绍了磁悬浮GMW的结构和工作原理,建立了系统动力学模型。其次,设计了径向混合磁轴承的PID悬浮控制器和偏转安培力磁轴承的PID解耦偏转控制器,利用仿真和实验验证了设计的有效性。再次,介绍了一种操作简单的径向混合磁轴承电流刚度系数与位移刚度系数的辨识方法,利用偏转安培力磁轴承对径向混合磁轴承的被动偏转刚度特性进行了辨识。最后,设计了一种新型三相星形连接的偏转安培力磁轴承结构,提出了基于SVPWM的三相星形连接偏转安培力磁轴承电流控制方法,仿真验证了其可行性。2.提出了基于复系数传递函数(Complex Coefficient Transfer Function,CCTF)的扩展Nyquist稳定性判据,用其分析了磁轴承转子系统(Magnetic Bearing Rotor System,MBRS)偏转运动的稳定性。首先,建立了一类二阶反对称陀螺耦合时滞系统的CCTF,在此基础上提出了用于CCTF的扩展Nyquist稳定性判据以及相对稳定区间理论,并通过算例验证了该判据的正确性,解算了系统的参数稳定区间。随后,分析了MBRS偏转运动CCTF的特性,利用扩展Nyquist稳定性判据分析了MBRS偏转运动的绝对稳定性,并根据相对稳定区间理论求解了MBRS的转速稳定区间。3.系统地研究了转子不平衡和传感器不对中(Sensor Runout,SR)、磁力不对中(Magnet Runout,MR)干扰的主动振动控制机理。首先,研究了抑制MBRS不平衡干扰的自适应同频信号放大器、自适应同频信号陷波器和自适应同频信号选择器的三种振动控制器的工作原理。基于单频点分析方法研究了零同频位移/角位移控制、零同频电流控制以及零同频振动力/力矩控制的工作机理,并利用经典的根轨迹方法分别分析了这三种控制器的稳定性。其次,分析了SR&MR引起振动的机理,以及三种不平衡振动控制器作用下系统对SR&MR干扰的响应,基于低转速零同频位移控制设计了SR与MR差值辨识方法,提出了用于抑制SR&MR振动的超前前馈补偿方法。最后,开展了MBRS的倍频振动力/力矩抑制研究。研究表明,安培力磁轴承由于不存在角位移负刚度力矩,在进行主动振动控制时具有明显的优势。4.开展了磁悬浮GMW控制系统软硬件设计以及主动振动控制实验研究。首先,设计了基于DSP+FPGA的悬浮偏转一体化控制器,并对控制系统的软硬件进行设计。其次,提出了一种光耦自举全N管H桥电路的驱动方式,并给出了一种低驱动功耗的H桥电路三电平工作方式。再次,开展了磁悬浮GMW主动振动控制实验,包括零同频位移控制实验、零同频电流控制实验以及零电流控制实验。