[發明專利]一種星上低功耗高精度二維指向機械驅動器

在審

• 申請號: 201710356080.8
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107017809A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 黃瀟嶸;李雪;侯超;李浩;張磊;孫海林;周建華
• 申請（專利權）人: 上海宇航系統工程研究所
• 主分類號: H02P8/40
• 分類號: H02P8/40;H02P8/12;H02P8/22;B64G1/44
• 代理公司: 上海航天局專利中心31107
• 代理人: 金家山

技術領域

本發明涉及空間技術領域，特別涉及一種星上低功耗高精度二維指向機械驅動器。

背景技術

現役飛行衛星太陽陣驅動器均采用傳統的恒流驅動方式，該方式通過控制驅動大功率晶體管的基極，使晶體管的集電極和發射極絕大部分時間工作在放大狀態(晶體管的集電極和發射極的其它工作時間處于飽和導通狀態以及關斷截止狀態)，處于放大狀態時的晶體管電流損耗大，導致傳統驅動器功耗過大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種星上低功耗高精度二維指向機械驅動器，以解決現役飛行衛星太陽陣驅動器采用的恒流驅動方式，使處于放大狀態時的晶體管電流損耗大，導致傳統驅動器功耗過大的問題。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：提供一種星上低功耗高精度二維指向機械驅動器，包括：電源模塊，將驅動器接收的電源變換成所述驅動器內部所需的控制電源；控制模塊，接收上位機的串行指令，并發送反饋信號；通過解算控制指令控制FPGA發送步進電機驅動信號；FPGA將輸出的繞組電流波形細分成N級近似階梯波驅動電機，使電機繞組的電流信號逼近模擬連續信號；驅動模塊，對所述控制模塊產生的驅動信號進行功率放大。

進一步地，所述電源模塊將驅動器接收的一次母線+28v電源，變換成所述驅動器內部所需的+5v和±12v控制電源。

進一步地，FPGA將接收到的電機控制指令，以正弦波作為基準波，用FPGA對晶振進行計數，輸出一列不對稱三角波信號，作為載波與正弦波相交，由它們的交點確定逆變器的開關模式。

進一步地，當正弦波高于三角波時，則使相應的開關器件導通；當正弦波低于三角波時，開關器件截止，從而調制成對應的脈寬調制信號驅動電機。

進一步地，所述驅動模塊采用兩組H橋驅動組件，對二維指向機構電機的兩個繞組進行控制。

進一步地，控制模塊中的CPU通過RS-422接口接收上位機的串行指令，并發送反饋信號。

本發明提供的星上低功耗高精度二維指向機械驅動器，其驅動方式從原來的恒流源驅動改為脈寬調制(PWM)驅動，PWM驅動完全利用大晶體管開關特性對固定的直流電壓進行調制，從而降低了驅動功耗，解決了原星上驅動器功耗大，體積大，重量重等問題；采用細分驅動技術將步進電機固定步距角轉動方式劃分為在細小時間內轉動微小角度并保持微步內轉子磁場平衡，以提高二維機構指向精度和穩定度。該驅動器能驅動二維指向機構完成規定范圍內的運動，并大大降低同樣工況下的功耗。

附圖說明

下面結合附圖對發明作進一步說明：

圖1為本發明實施例提供的星上低功耗高精度二維指向機械驅動器模塊結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的對半周期細分數為9時步進電機SPWM細分斬波驅動示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明提出的星上低功耗高精度二維指向機械驅動器作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

本發明的核心思想在于，本發明提供的星上低功耗高精度二維指向機械驅動器，其驅動方式從原來的恒流源驅動改為脈寬調制(PWM)驅動，PWM驅動完全利用大晶體管開關特性對固定的直流電壓進行調制，從而降低了驅動功耗，解決了原星上驅動器功耗大，體積大，重量重等問題；采用細分驅動技術將步進電機固定步距角轉動方式劃分為在細小時間內轉動微小角度并保持微步內轉子磁場平衡，以提高二維機構指向精度和穩定度。該驅動器能驅動二維指向機構完成規定范圍內的運動，并大大降低同樣工況下的功耗。

圖1為本發明實施例提供的星上低功耗高精度二維指向機械驅動器模塊結構示意圖。參照圖1，星上低功耗高精度二維指向機械驅動器包括：電源模塊11，將驅動器接收的電源變換成所述驅動器內部所需的控制電源；控制模塊12，接收上位機13的串行指令，并發送反饋信號；通過解算控制指令控制FPGA發送步進電機驅動信號；FPGA將輸出的繞組電流波形細分成N級近似階梯波驅動電機，使電機繞組15的電流信號逼近模擬連續信號；驅動模塊14，對所述控制模塊12產生的驅動信號進行功率放大。

在本發明實施例中，所述驅動模塊14采用兩組H橋驅動組件，即驅動模塊14包括X軸驅動模塊14a以及Y軸驅動模塊14b，對二維指向機構16的兩個電機繞組進行控制，即X軸電機繞組15a和Y軸電機繞組15b。