[发明专利]一种星载大惯量负载机构高稳速驱动控制方法

说明书

技术领域

本方法涉及对大惯量转动机构的控制驱动方法，特别要求具有高稳速精度，属于天线控制技术领域。

背景技术

微波辐射计扫描机构和散射计扫描机构分别用于驱动辐射计和散射计对地进行圆锥扫描，并承载微探测头部结构及内部电子设备，实现对地观测。散射计转动部分质量为76.2kg，辐射计转动惯量7.8kgm²（转动部分质量为61.3kg），分别以95°/s匀速转动。

扫描机构亦称负载机构采用相同的直接驱动方式，实现电动机与负载的刚性耦合，以提高响应能力。扫描伺服机构结构示意图如图1所示，扫描机构选用无刷直流力矩电机采用外转子结构，中间的主轴既是天线和高频箱的支撑结构，又是承载整个转动部分的承力件，顶部为导电滑环1，中间为旋转变压器3，底部为电动机（电机转子5和电子定子6）及起支撑和承载作用的轴承2。在工作过程中扫描机构中心轴固定不动，电机驱动外壳4转动，外壳又带动天线和高频箱转动（图中7为高频箱接口），旋转变压器用来检测扫描机构转动的位置，导电滑环用来将散射计的电信号传递到卫星舱内（8为卫星舱板安装接口）。在转动过程中，轴承支撑机构做相对运动，接触部件为滑环和轴承。导电滑环是电气旋转接头零部件，滑环24小时不间断的运转。

扫描机构控制电路由DSP、FPGA、粗精双通道旋变解算电路、高精度霍尔电流采集电路、三相桥驱动电路组成，如图2。

由于永磁同步电机强非线性，其参数变化会影响控制精度和动态响应速度，就必须寻求合适的控制方式，以实现对转矩和转速的高精度闭环控制。

负载的转动惯量越大，电动机控制系统的机械时间常数就越大，系统的响应时间和超调量很难调和，电动机在转速变化时的控制动态特性很难保证；并且惯性系统中存在着扰动因素，如电动机的齿槽转矩波动、测量传感器的量化误差以及逆变器死区等，这些非线性因素会在系统中产生转矩波动，从而引起转速波动。

如此大惯量的负载转动，转矩会产生很大的惯性转矩，电机的瞬时储能很大，其转速的波动势必会对整星姿态产生较大影响，由此会造成对星上其它具有指向精度要求载荷仪器的指向造成干扰；如果速度波动大，甚至会影响到整星寿命。

与本申请相关的技术文献说明如下：

[1]袁立，杨磊.卫星相机低速大惯量高精度扫描机构技术研究.全国第十二届空间及运动体控制技术学术年会论文.2006；

[2]韩昌佩.低速大惯量高精度扫描控制系统的电流环设计.红外.2005；

[3]庞微.带大惯量负载的空间驱动机构运动特性分析.南京航空航天大学硕士学位论文.2009；

文献[1]提出了用于光机扫描仪实现高精度扫描而需考虑的扫描方式、扫描镜轻量化设计、支撑技术以及驱动方式考虑因素；

文献[2]提出适合于风云四号气象卫星扫描辐射计扫描控制系统的电流环控制方法，并给出了电流环的原理框图；

文献[3]通过分析太阳电池阵驱动机构在空间环境中的负载特性，构建了大惯量负载作用下的驱动机构受力模型，仿真在各种工况下驱动机构的负载转速和负载力矩曲线，并对系统的谐振频率进行仿真。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种星载大惯量负载机构高稳速驱动控制方法，利用该方法能够保证负载机构稳速旋转，满足速度的波动量不能超过0.2/s的指标要求。

本发明的技术解决方案是：星载大惯量负载机构高稳速驱动控制方法，所述的负载机构包括电机、旋转变压器和高频箱，方法步骤如下：

（1）对电机通以直流电，待负载机构稳定后，计算电机与旋转变压器的相位差；

（2）在当前速度环采样时刻采集电机的当前转速，根据电机的额定转速和当前转速，利用自适应PID计算转矩电流；

（3）在当前电流环采样时刻采集电机A、B相绕组电流i_A、i_B并对其进行离散傅里叶DFS计算，得到i_A、i_B的谐波频谱、幅值、相位；

（4）根据步骤（3）的结果以及转子磁场角θ_R计算补偿系数，利用补偿系数对电机A、B相绕组电流i_A、i_B进行谐波补偿；

（5）将步骤（4）补偿后的电机A、B相绕组电流转换到转子坐标系下；

（6）利用步骤（2）计算的转矩电流计算转子坐标系的两轴电压；