本文提出一种重复控制与积分正反馈相结合的控制方法, 以抑制磁轴承系统功耗。首先建立了磁轴承系统的数学模型，分析了由重力、转子不平衡和位移传感器噪声引起的电流噪声的频率特性，分析发现其可分为直流和多谐波两大类; 其次推导了用于消除直流电流的控制器需满足的条件，在此基础上，设计了一种电流积分正反馈算法。通过调节转子的悬浮位置，利用混合磁轴承中永磁体产生的磁力抵消重力，抑制电流的直流分量，采用根轨迹方法确定保证闭环系统稳定的参数取值范围; 然后提出一种嵌入式重复控制方法抑制转子不平衡和位移传感器引起的多谐波电流噪声，采用重构谱理论判定系统的稳定性。最后以磁悬浮控制力矩陀螺为测试平台，对所提出的控制算法进行仿真和实验研究。结果表明: 采用该算法后，电流的直流分量基本被抑制，谐波分量的峰峰值减小了88.3%，功耗减小了7W，验证了该算法的有效性。

为抑制磁悬浮转子系统的不平衡振动力, 提出了一种基于复数相移陷波器和前馈控制的自平衡控制算法。介绍了磁悬浮转子系统的结构和工作原理, 给出了含转子不平衡的磁悬浮转子系统动力学模型, 分析了不平衡振动力的电气特性。推导了不平衡振动力的抑制条件, 指出功率放大器引起的幅值和相位误差是影响不平衡振动抑制效果的主要因素。将磁悬浮转子两自由度平动方程转换为单自由度复数方程, 设计了复数相移陷波器, 建立数学方程并讨论了中心频率的幅值和相位特性。最后以磁悬浮控制力矩陀螺为测试平台, 对提出的控制算法进行了实验验证。结果表明: 采用该算法后不平衡振动力减小了94.1%, 验证了该算法的有效性。此外本算法还具有动态过程平滑、计算量少等优点。

控制力矩陀螺(CMG)框架系统的速率控制精度是影响其输出力矩精度的重要因素，系统中谐波减速器提高了框架系统的动态响应能力，但其产生的机械谐振大幅降低了系统的控制精度。为抑制框架系统的谐振并满足系统的控制精度，本文建立了框架系统的动力学模型，根据系统动态性能要求选取合适的阻尼系数来设计系统主导极点，使控制器产生的零点与机械谐振对应的极点重合形成偶极子，从而抑制系统的机械谐振。仿真和实验结果显示：提出的方法有效地抑制了控制力矩陀螺框架系统的谐振，0.175 rad/s恒速控制精度为0.002，0.175 sin(2πt) rad/s正弦随动控制的幅值相对误差为3.28%，相位差为0.13 rad。结果很好地满足了控制力矩陀螺的高精度输出力矩需求。

设计了一种基于单片DSP的旋变轴角解码与激磁系统并进行了实验验证。由于轴角解码中反正切运算需要很大运算量或很多数据空间存储查表值,甚至需要外扩存储芯片,因此,提出一种反正切运算补偿成分区间的线性运算求角方法。同时,在保证测角精度的基础上降低旋变激磁的电压幅值,从而实现了旋变轴角解码与激磁系统的高集成度与低功耗。实验结果显示:测角精度可达0.013°,框架电机速率精度达到0.000 4°/s。体积、质量、功耗与原激磁电源模块JD20-D15C36MK和轴角解码模块19XSZ2413相比均减少80%以上,很好地满足了航天应用小体积、轻质量和低功耗的要求。