微小飞轮高集成度高精度力矩模式控制方法及实验研究

为满足微纳卫星对微小飞轮数字控制系统集成化、小体积、低功耗和高精度的要求,建立了微小飞轮的数学模型,提出一种基于多开关霍尔的速率反馈干扰力矩补偿方法,设计了以FPGA为核心的数字控制系统,在FPGA上实现了PID控制、换相逻辑、PWM、RS232串口通信、转速测量以及电流的A/D采样触发等时序逻辑功能。实验结果表明,该力矩模式高集成度数字控制系统硬件实现简单、体积小、功耗低、可靠性高,并验证了基于多开关霍尔速率反馈干扰力矩补偿方法的有效性,实现了微小飞轮高精度力矩模式控制。     

大惯量飞轮四象限力矩控制关键技术研究

针对大惯量反作用飞轮系统中的关键技术进行了研究,提出了一套基于数字IP内核集成的硬件实现方案,可以解决飞轮控制中普遍存在的一些问题。设计了一种可以在0~100%占空比范围内运行的单极性PWM斩波控制技术,包括功率主回路拓扑结构及其相应的栅极驱动方法,并开发了可以采样三相绕组电流的磁感应式电流传感器;分析了泵生电压的产生机理,并以此为基础设计了自动抑制电路;给出了实现飞轮力矩伺服控制算法的系统级ASIC结构。实验结果表明,该飞轮系统在整个四象限区域内均具有良好的动态和静态力矩控制性能。     

磁悬浮控制力矩陀螺用高速高精度无刷直流电机全数字控制系统

分析了大型航天器对控制力矩陀螺电机的性能要求，提出了一种由DSP完成换相、电流环、速度环和锁相环控制的无刷直流电机全数字控制系统，分析了双闭环控制模式和锁相环控制模式下的控制方法。该系统实现了电机的高速高精度稳速控制，与模拟系统相比大大降低了系统功耗，给出了实验结果和波形。     

卫星天线指向机构控制系统的设计与实现

卫星天线指向机构是通讯卫星和中继卫星等航天器的关键部件之一.为了达到卫星天线指向机构的高精度大力矩控制,设计了一种基于DSPC31+ FPGA数字控制器的控制系统实现方案.该系统以分离器件搭建的轴角解码系统获取旋转变压器的位置信号,并采用矢量控制的方法驱动永磁同步电机.实验结果表明,本控制系统最大输出力矩可达到50 Nm.在带50 kgm2转动惯量的模拟负载时,定位误差小于±28″且运动过程平稳,实现了指向机构高精度大力矩控制,对于卫星综合性能的提高具有重要的意义与应用价值.     

驱动压缩机用同步电动机的定子电流波动计算与飞轮力矩选择

讨论了驱动往复式压缩机用同步电动机定子电流波动的计算和飞轮力矩的选择。介绍了合理选择同步电动机的飞轮力矩和控制定子电流波动计算方法,为同步电动机设计提供参考。     

一种基于FPGA的磁悬浮飞轮电机数字控制系统实验研究

高精度姿态稳定是新一代卫星需要重点突破的关键技术之一.提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的新型磁悬浮飞轮永磁无刷直流电动机数字控制系统,以FPGA为控制器,阐述了组成系统的几个模块,实现了各种时序逻辑功能和PID控制算法.试验结果表明,系统运算速度快、控制精度高、能耗低,在满足飞轮精度要求的同时,提高了电路系统的可靠性,完全满足飞轮的高精度姿态稳定控制要求.     

基于FPGA的永磁同步电机控制系统设计与实现

针对控制力矩陀螺外框架伺服系统的性能要求,选用了永磁同步电机作为控制电机,设计了电流环、速度环、位置环的控制方案,并在Simulink仿真环境中进行了相应的仿真实验,取得了良好仿真结果,仿真结果表明了所设计系统的准确性和可行性。同时设计了以FPGA为核心的硬件控制系统,编写了相应的软件,取得了良好的测试结果,测试结果表明了所设计的基于FPGA的永磁同步电机控制系统能够实现控制力矩陀螺外框架速度和位置的高精度控制,满足控制力矩陀螺的使用要求。     

磁悬浮反作用飞轮电机滑模变结构控制

针对反作用飞轮大惯量、受多种干扰力矩综合作用的特点和采用传统控制方法很难满足其动态品质和扰动抑制能力要求的问题,对卫星高精度姿态控制系统中的磁悬浮反作用飞轮电机进行系统分析与建模,并依据变结构控制理论提出一种双滑模面变结构控制方法,控制器的设计满足以李导数形式表达的到达条件.仿真结果表明:与经典PID控制器相比双滑模面变结构控制器具有超调量、稳态误差小,响应速度快、扰动抑制能力强的优点;与单滑模面变结构控制器相比双滑模面变结构控制器有效的抑制了滑模抖振,减小了系统的超条量和稳态误差.双滑模面变结构控制提高了磁悬浮反作用飞轮电机的动态性能和控制系统的抗干扰能力,对于实现卫星高精度、高稳定度控制具有重要意义.     

高空气球吊篮姿态控制系统的一种实现

气球吊篮姿态控制系统是吊篮在空中保持姿态稳定、进行姿态调整的关键部件。该文研究了一种利用飞轮的反作用力矩作为吊篮姿态控制力矩的惯性轮力矩台控制系统和由高灵敏度扭矩传感器进行吊绳扭矩检测的全数字反捻控制系统组成的吊篮姿控系统,实现了气球吊篮空中姿态的定点问题。该方法能很好地克服外界扰动,使吊篮稳定于任意姿态位置,提高了吊篮姿态控制的稳定性和连续性。     

基于光电码盘的磁悬浮反作用飞轮无刷直流电机高精度稳速控制及实验研究

针对磁悬浮反作用飞轮高精度控制的要求及其低速控制困难的问题,将光电码盘测速方法应用于磁悬浮反作用飞轮电机控制系统,并根据磁悬浮反作用飞轮光电码盘输出信号的特点,提出了一种基于光电码盘的以TMS320F2812为主控核心的磁悬浮飞轮无刷直流电机高精度控制方案.控制方案软件可靠、硬件实现简单.经实验验证:基于光电码盘的磁悬浮反作用飞轮无刷直流电机控制系统在飞轮低速时具有很高的测速与稳定精度,当飞轮转速提高时其精度也随之提高,解决了磁悬浮反作用飞轮低速高精度控制问题.     

惯性飞轮电机力矩伺服控制系统

惯性飞轮是航天空间飞行器姿态控制系统的执行元件。姿态控制需要对惯性飞轮做四象限力矩伺服控制。本文采用双重电流闭环方法,即同时进行桥壁脉宽调幅与三相半桥脉宽调制综合控制,实现了飞轮电机的四象限精确力矩伺服控制。     

基于DSP的磁悬浮控制力矩陀螺框架数字伺服系统

基于TMS320F2812的无刷直流力矩电机全数字伺服控制系统实现换相、电流环、速度环和位置环的数字控制算法调节,并应用了一种新型的PWM调制方式（PWM-ON-PWM）,有效地减小了由转矩脉动引起的速率波动。系统实现低速高精度稳速控制,与模拟系统相比,控制算法更加方便,大大降低了功耗。仿真和试验结果表明,系统能够很好地实现磁悬浮控制力矩陀螺框架的高精度控制。     

基于CAN总线通信的反作用飞轮控制系统设计与实现

针对卫星高小型化、可靠性通信等要求,提出了一种以FPGA为主控制器,基于双路切换CAN总线通信的反作用飞轮控制系统的设计与实现方法.对CAN总线收发、报文解析、力矩与速度控制以及控制量测量等功能进行了模块化设计.对原理样机进行了测试实验,实验结果表明该系统具有良好的速度控制特性、力矩控制特性以及稳定的通信性能.所提出的报文解析方法,使上位机可以方便地通过可切换的双路CAN总线对反作用飞轮进行实时可靠地控制、遥测数据采集以及相关的故障处理.     

一种永磁无刷直流电机自抗扰-锁相环双模控制方法

针对大型卫星和未来空间站用控制力矩陀螺的高速转子控制系统动态响应慢的问题,提出了一种自抗扰-锁相环双模控制方法。通过电流转速双环自抗扰控制器和自抗扰锁相环控制器两种模式之间的切换来实现无刷直流电机转子转速的快响应、低超调和高精度控制。在期望转速点上通过电流环自抗扰转速锁相环模式实现转子转速高精度控制,在期望转速点外通过双环自抗扰控制器实现到期望转速点的快速跟踪。仿真和实验验证了上述方法的正确性和有效性。     

商用卫星姿控反作用飞轮控制系统设计与实现

针对商用小卫星平台的高性能、高可靠、低成本的需求,开展了卫星姿控反作用飞轮控制系统设计。针对飞轮控制性能受轴承摩擦、模型不确定度以及霍尔传感器测速精度差等因素影响的问题,采用了线性扩张状态观测器(LESO)对飞轮转子速度、扰动力矩进行实时估计、实时补偿,使飞轮控制性能得到改善。开展了反作用飞轮控制系统高可靠性设计技术研究,提出了商用卫星飞轮产品高可靠、低成本设计方法。实验结果显示,采用LESO补偿算法后,速度稳态精度(3σ)约0.028 6 r/min,输出力矩从1.67变为3 mN·m,RMS误差从1.337 7降为0.078 6 mN·m,且不受转速变化影响。所设计的反作用飞轮控制系统具有良好的控制性能和可靠性,对商用卫星姿控反作用飞轮的低成本设计具有积极意义。     

直流力矩电动机在气球吊篮方位控制系统中的应用

提出了用直流力矩电动机在反作用飞轮控制方式下对气球吊篮的方位控制,从理论上研究了气球吊篮方位控制系统。该系统实现了气球吊篮方位的动态控制,提升了反作用飞轮控制方式的控制特性和系统的控制品质,提高了系统的精度和可靠性。     

有位置传感器无刷直流电机双模速度控制系统

针对大型航天器对控制力矩陀螺(CMG)电机的性能要求，在分析了现代自动调速系统所广泛采用的双闭环控制系统和选用稀土永磁无刷直流电机的基础上，提出了一种基于精密锁相环和电流环的电机双模速度控制系统设计方案。该方案成功实现了电机的高速高精度稳速控制；在电机转速达到20005r／min的情况下．稳速精度高达0．01％．同时又大大增强了控制系统的鲁棒性能。     

一种具有CAN接口的飞轮模拟器设计

飞轮是一种广泛应用于卫星姿态控制分系统中的高精度执行机构,可实现对卫星姿态的控制和调整.涉及飞轮为某小卫星上搭载的一种具有CAN接口的以数字量输入输出的新体制飞轮.在卫星姿态控制分系统的地面电测试过程中,通常配合使用各部件的电模拟器来完成闭环仿真测试.针对上述需求,设计并开发了一种具有CAN接口的飞轮模拟器,可实现飞轮的技术方案前期论证、电测试、故障模拟和在轨故障地面复现等功能.设计中采用四阶龙格-库塔法实现飞轮模型解算,采用LabWindows/CVI对飞轮模型进行了仿真,采用研制的飞轮模拟器和XilinxML510开发平台对飞轮模型进行了硬件验证.飞轮模拟器已成功应用于某小卫星地面闭环仿真测试中,测试结果稳定、可靠,满足测试要求.     

高精度高可靠性PMSM控制系统硬件电路设计

针对现代高性能永磁同步电机(PMSM)控制系统对转速进行高精度控制和系统具有高可靠性的要求,设计和实现了一种高精度高可靠性PMSM控制系统。该系统以DSP和CPLD为控制系统核心架构,采用3路独立H桥逆变驱动电路,并设计了电流检测、电流保护、主电压检测和电机转子位置和转速检测等电路,实现PMSM转速的高精度控制。经过实际系统的测试,可以看出,旋转变压器信号品质很高,噪声很小,过流保护信号响应速度很快,电机能在10 000 r/min转速下稳定可靠的运行,而且该系统还具有输出功率大、带负载能力优越、电机运行平稳安静等优点。试验结果证明了该设计的可行性。     

变频矢量控制在电池生产线中的应用

矢量变频器是以磁场监控、智能控制等现代控制理论为基础直接控制力矩的,其内藏电流矢量控制功能可以实现高力矩控制、高精度速度性能。由于在变频器设计中采用了最新的磁场监控、智能控制、抗干扰控制,使控制性能大幅度提高。变频矢量控制通过对电机磁通电流和转矩电流的解耦控制,实现了转矩的快速响应和准确控制,可以以很高的控制精度进行宽范围的调速运行,并适用很多直流传动的场合,如造纸、冶金、纺织等。本文介绍的是矢量变频器在冶金工业中的一个应用,即电池锌板生产线的变频控制系统。该生产线主要用于电池锌筒、锌饼的生产,是将熔融…