[發明專利]一種CMG框架永磁同步電機的控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201610248632.9
• 申請日: 2016-04-20
• 公開（公告）號: CN105763119B
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 魯明;胡躍偉;王英廣;田利梅;李剛;田興;馬文棟;武登云;張激揚
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: H02P21/05
• 分類號: H02P21/05;H02P21/06;H02P21/18
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

本發明涉及一種CMG(控制力矩陀螺)框架永磁同步電機的高性能控制系統及控制方法，具體涉及一種CMG框架永磁同步電機轉速精度和帶寬的控制系統及控制方法，適用于包括控制力矩陀螺框架系統在內的各類基于永磁同步電機的高性能伺服系統。本發明的方法將滑模控制與轉子磁場定向矢量控制方法相結合可提高系統對陀螺力矩、轉子靜不平衡等因素引入的非線性低頻干擾力矩的抑制能力，提升框架轉速控制性能和系統的魯棒性。

技術領域

本發明涉及一種CMG(控制力矩陀螺)框架永磁同步電機的高性能控制系統及控制方法，具體涉及一種CMG框架永磁同步電機轉速精度和帶寬的控制系統及控制方法，適用于包括控制力矩陀螺框架系統在內的各類基于永磁同步電機的高性能伺服系統。

背景技術

控制力矩陀螺(CMG)是航天器的慣性執行部件之一，主要應用于大型航天器的姿態控制以及中小型航天器的快速機動，具有廣闊的發展前景。隨著航天技術的發展，新的衛星平臺對控制力矩陀螺框架的控制精度、控制穩定度及控制帶寬等性能提出了極高的要求。作為新型高精度衛星平臺的關鍵技術瓶頸，控制力矩陀螺框架的高性能控制方法的研究具有重要意義，需求迫切。

控制力矩陀螺框架轉速的控制性能直接影響著控制力矩陀螺整機的輸出力矩性能，是控制力矩陀螺最關鍵的指標之一。框架伺服系統在工作過程中，受到的擾動力矩成分復雜，擾動幅度大，包括陀螺力矩、轉子靜不平衡、摩擦等因素引入的低頻干擾力矩和由高速轉子不平衡引入的高頻擾動力矩，要求控制算法具有較強的擾動抑制能力。尤其是高速轉子產生的高頻擾動，其頻率遠大于控制器帶寬，還需要對轉子高頻擾動設計專門的補償算法。另外，框架伺服系統在力學、熱等條件變化時，系統參數會發生變化，還要求控制算法具有較強的參數適應性。高性能的控制方法是提高框架伺服系統轉速控制性能的主要手段。已有方法提高了框架伺服系統的性能，但是對參數變化的適應性及對擾動力矩波動的抑制效果還有待提高，對高頻擾動力矩波動的抑制能力則明顯不足。因此，需要對控制力矩陀螺框架伺服系統控制方法開展深入研究，以滿足控制力矩陀螺的性能要求。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種CMG框架永磁同步電機的控制系統及控制方法，該控制方法包括滑模控制與轉子磁場定向矢量控制相結合的轉速閉環控制方法、高速轉子擾振自適應前饋補償方法以及位置、轉速前饋三部分內容。將滑模控制與轉子磁場定向矢量控制方法相結合可提高系統對陀螺力矩、轉子靜不平衡等因素引入的非線性低頻干擾力矩的抑制能力，提升框架轉速控制性能和系統的魯棒性；加入高速轉子擾振的自適應前饋補償可有效抑制高頻擾動力矩，提高框架控制精度。加入位置、轉速前饋設計可進一步提高框架控制帶寬。

本發明的技術解決方案是：

一種CMG框架永磁同步電機的控制系統，該控制系統包括全橋驅動電路模塊、電流采集模塊、三相/兩相坐標變換模塊、兩相旋轉坐標變換模塊、第一差分模塊、勵磁電流比例積分調節模塊、兩相旋轉坐標反變換模塊、空間矢量脈寬調制生成模塊、轉速計算模塊、第二差分模塊、位置環比例微分調節模塊、速度前饋模塊、第三差分模塊、轉速環滑模控制模塊、位置前饋模塊、高速轉子擾振自適應前饋補償模塊、累加模塊、永磁同步電機及測角模塊；

測角模塊測量得到永磁同步電機的實際機械角度θm和電角度θe，并將實際機械角度θm輸出給第二差分模塊和轉速計算模塊，將電角度θe輸出給兩相旋轉坐標變換模塊和兩相旋轉坐標反變換模塊；