[發明專利]一種輕型高精度微小飛輪數字控制系統

無效

• 申請號: 201110316528.6
• 申請日: 2011-10-18
• 公開（公告）號: CN102437802A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 劉剛;張聰;李光軍
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H02P6/14
• 分類號: H02P6/14
• 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

1.一種輕型高精度微小飛輪數字控制系統，其特征在于包括：上位機(1)、RS-232通信電路(2)、指令解析器(3)、力矩-電流轉換器(4)、單神經元自適應PID控制器(5)、PWM脈寬調制器(6)、Buck變換器(7)、三相全橋驅動裝置(8)、無刷直流電機本體(9)、換相邏輯信號產生器(10)、霍爾信號濾波器(11)、AD采樣電路(12)、信號調理電路(13)；FPGA模塊包括指令解析器(3)、力矩-電流轉換器(4)、單神經元自適應PID控制器(5)、PWM脈寬調制器(6)和換相邏輯信號產生器(10)；FPGA模塊中的指令解析器(3)將通過RS-232通信電路(2)從上位機(1)接收到的力矩控制指令進行解析得到指令力矩，再經過力矩-電流轉換器(4)轉換得到參考電流；無刷直流電機本體(8)上的直流母線電流通過信號調理電路(13)和AD采樣電路(12)采樣后得到直流母線電流的數字采樣值，作為微小飛輪力矩模式電流閉環的反饋值和參考電流作差后經過單神經元自適應PID控制器(5)綜合后得到被調制信號值；被調制信號值同時經過PWM脈寬調制器(6)產生PWM控制信號，直接用來控制Buck變換器(7)中開關器件的占空比，以保證Buck變換器(7)輸出穩定的直流電壓作用在三相全橋驅動裝置(8)直流母線上；無刷直流電機本體(9)中的霍爾效應位置傳感器產生3路霍爾信號，經過霍爾信號濾波器(11)濾波后輸入到換相邏輯信號產生器(10)中根據邏輯換相表產生正反轉的換相信號，用于控制三相全橋驅動裝置(8)中的三相橋進行正確地換相，進而控制微小飛輪無刷直流電機本體(9)中的U、V、W三相繞組的電流，以實現微小飛輪力矩的高精度輸出。

2.根據權利要求1所述的一種輕型高精度微小飛輪數字控制系統，其特征在于：所述的單神經元自適應PID控制器(5)離散控制律為：

u(k)=u(k-1)+Ku(k)Σi=13wi′(k)xi(k)---(1)]]>

式中，u(k)為當前k時刻單神經元自適應PID控制器的輸出；u(k-1)為當前k時刻的前一時刻單神經元自適應PID控制器的輸出；K_u(k)為當前k時刻的神經元增益；w′_i(k)為當前k時刻神經元狀態所對應的權值(i＝1，2，3)；x_i(k)為當前k時刻神經元狀態值(i＝1，2，3)，其中x₁(k)為當前k時刻誤差e(k)，x₂(k)為當前k時刻誤差e(k)的一階差分，x₃(k)為當前k時刻誤差e(k)的二階差分，即x₁(k)＝e(k)＝I_r(k)-I(k)，x₂(k)＝e(k)-e(k-1)，x₃(k)＝e(k)-2e(k-1)+e(k-2)，而Ir(k)、I(k)分別為當前k時刻的指令電流值和母線電流反饋值。