[發明專利]一種衛星天線指向機構數字控制系統

有效

• 申請號: 200910243817.0
• 申請日: 2009-12-22
• 公開（公告）號: CN101739013A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 劉剛;劉強;李光軍;王志強;姜迪開
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;盧紀

技術領域

本發明涉及一種衛星天線指向機構數字控制系統，該系統具有高集成度、小體積、低功耗、高可靠性的優點，適用于衛星天線高精度指向控制。

背景技術

指向機構是衛星天線的運動執行機構，在整星系統中占有重要的地位。目前隨著我國大型通信衛星、中繼衛星技術的發展，對衛星天線指向機構數字控制系統的精度、壽命、可靠性方面提出了更高的要求。因此，設計一種具有高精度、高集成度、高可靠性的指向機構數字控制系統迫在眉睫。國內的不少單位對指向機構技術的發展進行了許多有益的探索，有的方案已經實現了工程化，甚至是產品化。目前已有的控制系統基于單片機，但由于單片機的運算速率低、計算位數少，可以實現的功能非常有限，越來越難滿足未來指向機構控制系統的發展要求。而基于DSP+FPGA的數字控制系統，因為增加了控制芯片、配置芯片和大量的存儲芯片，使得系統的可靠性下降且系統功耗也隨之增大。單片FPGA一般適合于控制邏輯的搭建，而運算能力卻非常有限，難以實現復雜的運算。而且，現有的數字控制器只能作為電機驅動的控制器，還需要專門的位置檢測模塊和芯片，不能做到位置檢測傳感器和控制器的集合。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術不足，提供一種集成度高、體積和功耗低，且能保證較高指向精度的的衛星天線指向機構的數字控制系統。

本發明的技術解決方案：一種衛星天線指向機構數字控制系統，其特征在于包括：二次電源變換模塊、功率模塊、三相繞組檢測電路、同步電機、旋轉變壓器、檢測電路、霍爾效應轉子位置傳感器、激磁模塊、解碼模塊、星載28V電源、電源轉換芯片、PWM驅動電路、DSP控制器、通信模塊；星載28V電源通過二次電源變換模塊和電源轉換芯片得到DSP控制器外設和內核所需要電源，及通信模塊、激磁模塊、解碼模塊所需要的電源；同時星載28V電源經過二次電源模塊給功率模塊供電；同步電機輸出軸與旋轉變壓器轉子同軸安裝；同步電機的轉子位置信號經過霍爾效應轉子位置傳感器送入DSP控制器中；在三相繞組檢測電路中調制成0～3V，將電阻電壓通過檢測電路，輸入到DSP控制器中，轉化為繞組電流信號；工作時首先上位機通過通信模塊給DSP控制器發送位置指令，與此同時DSP控制器輸出兩路頻率恒定、相位相差180度且按正半周期正弦規律變化的PWM波，兩路信號經過激磁模塊的濾波、整流和差動放大后，輸出頻率恒定，幅值正弦規律變化的激磁信號送入旋轉變壓器；旋轉變壓器感應出兩路粗級和兩路精級信號其中由粗級線圈感應出的輸出電壓信號為粗級信號，由精級線圈感應出的電壓信號為精級信號，這四路信號經過解碼模塊濾波、整形、AD轉換后送入DSP控制器，然后由DSP控制器經過濾波、解算、補償、糾錯后得到最終的輸出軸位置信號；DSP控制器將接收到的上位機發出位置指令和解算得到的輸出軸位置進行比對，當輸出軸位置等于上位機給定的位置指令時，DSP控制器沒有PWM信號輸出，PWM驅動電路和功率模塊不工作；當輸出軸位置偏離上位機指令位置時，DSP控制器通過霍爾效應轉子位置傳感器得到的同步電機轉子位置信號，結合三相繞組電流檢測電路測得的三相繞組電流，經過電機矢量控制解算得到六路PWM驅動信號，輸出到PWM驅動電路和功率模塊驅動電機工作，完成同步電機矢量控制電流閉環和輸出軸位置信號的位置閉環控制，控制衛星天線指向機構的高精度運行。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)本發明通過單片DSP控制器與其它相關器件配合完成了位置檢測和電機驅動地功能。而其他控制方式只能實現電機驅動，還需要輔助位置檢測芯片和外圍電路，與之相比，本發明集成度大大提高，使得控制系統的體積和功耗都大大減少，降低了控制器功耗，且能保證較高的指向精度，特別適用于航空航天等對功耗有嚴格要求的領域。

(2)本發明利用DSP控制器高精度PWM、高精度轉換芯片和軟件解碼方法，實現了鑒幅式角位置測角。減少了硬件電路的數量和規模，并保證了解碼精度。

(3)本發明采用的是鑒幅式角位置測角方法，這種測角方法對控制系統波形質量有著很高的要求。為了提高輸入到旋轉變壓器激磁波形的質量，DSP控制器給激磁信號輸出最高優先級別，且采用高精度PWM輸出。為了獲取較高的解碼精度，選用位數高的AD轉換芯片，并采用硬件濾波電路補償方法，通過鑒幅式軸角解碼方法得到最終的位置信號，且保證了位置信號的精度。

(4)本發明由于將位置檢測與電機驅動功能集成，大大減少了芯片數量和電路的規模，且電機驅動采用中心對稱的六路PWM波，減少了系統開關損耗，從而使得本發明的體積和低功耗更進一步減小。