[發明專利]用于空間在軌補加的無刷電機反電勢采集換相系統

在審

• 申請號: 202010039686.0
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111245309A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 毛向向;葉劍峰;張政;劉憲爽;陳冬梅;陸昶;沈凱捷
• 申請（專利權）人: 上海航天電子有限公司;上海科學儀器廠有限公司
• 主分類號: H02P6/182
• 分類號: H02P6/182
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 余岢

本發明提供用于空間在軌補加的無刷電機反電勢采集換相系統，包括：主控模塊，其包括：處理器；FPGA，FPGA接收處理器的指令，并給處理器反饋反電動勢信號以及電機轉速信號，FPGA進行狀態切換；采集模塊，包括：反電勢采集單元；比較器，反電勢采集單元輸出電壓變化量至比較器，比較器根據電壓變化量輸出高低電平至FPGA進行邏輯運算。本發明提供的用于空間在軌補加的無刷電機反電勢采集換相系統，使得該系統在電離總劑量及單粒子效應的空間補加環境下，能夠更可靠的保證無刷直流電機采用反電勢換相工作；解決了傳統空間在軌補加無刷直流電機位置傳感器換相系統的缺陷；保證設計壽命達到15年，更可靠的完成空間在軌補加任務。

技術領域

本發明涉及空間在軌補加設備技術領域，特別涉及一種用于空間在軌補加的無刷電機反電勢采集換相系統。

背景技術

隨著空間在軌補加技術的發展，傳統的空間在軌補加系統無刷直流電機(Brushless DC Motor，BLDCM)需要位置傳感器得到轉子位置信號對三相繞組進行換相控制，而電機內位置傳感器僅能保證2年的壽命，不能滿足空間補加 15年的壽命。在空間電離總劑量效應、單粒子效應等惡劣工作環境下的適應性較差，容易產生單粒子閂鎖及單粒子翻轉現象，器件容易被電離總劑量效應破壞，降低了空間補加系統的可靠性。傳統的空間在軌補加系統無反電勢采集換相法，具體應用為天宮二號在軌補加系統，使用壽命較短，僅兩年設計壽命。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于空間在軌補加的無刷電機反電勢采集換相系統，以解決傳統的空間在軌補加系統在空間電離總劑量效應、單粒子效應等惡劣工作環境下的適應性較差，容易產生單粒子閂鎖及單粒子翻轉現象，器件容易被電離總劑量效應破壞，降低了空間補加系統的可靠性的問題。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：提供一種用于空間在軌補加的無刷電機反電勢采集換相系統，包括：主控模塊，其包括：處理器；FPGA， FPGA接收處理器的指令，并給處理器反饋反電動勢信號以及電機轉速信號，所述FPGA進行狀態切換；采集模塊，包括：反電勢采集單元；比較器，所述反電勢采集單元輸出電壓變化量至所述比較器，所述比較器根據電壓變化量輸出高低電平至所述FPGA進行邏輯運算。

進一步地，所述處理器是BM3803MGRH處理器。

進一步地，所述BM3803MGRH處理器采用哈佛結構，具有獨立的指令總線和數據總線，分別與各自的Cache控制器相連。

進一步地，在低速和高速時，分別在PWM關斷和開通階段檢測反電勢，采用兩個不同的參考電壓獲得反電動勢，并將端電壓反電動勢與中心點電壓相減，采用過零點法初步獲取電機換相位置。

進一步地，處理器通過轉速閉環的方式輸出換相信號、PWM信號給所述 FPGA。

進一步地，所述FPGA需要根據所述處理器輸出的控制信號及采集到的反電動勢信號在比較器階段、自主控制階段、以及停止工作階段進行切換。

進一步地，所述自主控制階段為電機起動時的控制，所述FPGA接收所述處理器控制指令后，周期性生成擬合位置信號使電機盲控起動。

進一步地，在所述比較器控制階段為電機無感運行后的控制，當所述處理器向所述FPGA發送從所述自主控制階段切換至所述比較器階段的指令后，所述FPGA需判斷當前自主控制輸出的相序與所述比較器控制階段產生的相序是否一致，一致后切換。

進一步地，采集電機轉動時繞組產生的反電勢，根據三個比較器器件采集到的三相繞組反電勢狀態，判斷感應反電勢過零點時刻，擬合生成位置信號。

進一步地，所述停止工作階段為電機無感運行停止后的狀態恢復，當所述處理器向所述FPGA發送停止工作指令后，所述FPGA根據PWM信號的減小持續輸出位置擬合信號，當轉速降低到一定值以后不再向外發送位置擬合信號。