[发明专利]一种CMG框架永磁同步电机的控制系统及控制方法

说明书

本发明涉及一种CMG(控制力矩陀螺)框架永磁同步电机的高性能控制系统及控制方法，具体涉及一种CMG框架永磁同步电机转速精度和带宽的控制系统及控制方法，适用于包括控制力矩陀螺框架系统在内的各类基于永磁同步电机的高性能伺服系统。本发明的方法将滑模控制与转子磁场定向矢量控制方法相结合可提高系统对陀螺力矩、转子静不平衡等因素引入的非线性低频干扰力矩的抑制能力，提升框架转速控制性能和系统的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种CMG(控制力矩陀螺)框架永磁同步电机的高性能控制系统及控制方法，具体涉及一种CMG框架永磁同步电机转速精度和带宽的控制系统及控制方法，适用于包括控制力矩陀螺框架系统在内的各类基于永磁同步电机的高性能伺服系统。

背景技术

控制力矩陀螺(CMG)是航天器的惯性执行部件之一，主要应用于大型航天器的姿态控制以及中小型航天器的快速机动，具有广阔的发展前景。随着航天技术的发展，新的卫星平台对控制力矩陀螺框架的控制精度、控制稳定度及控制带宽等性能提出了极高的要求。作为新型高精度卫星平台的关键技术瓶颈，控制力矩陀螺框架的高性能控制方法的研究具有重要意义，需求迫切。

控制力矩陀螺框架转速的控制性能直接影响着控制力矩陀螺整机的输出力矩性能，是控制力矩陀螺最关键的指标之一。框架伺服系统在工作过程中，受到的扰动力矩成分复杂，扰动幅度大，包括陀螺力矩、转子静不平衡、摩擦等因素引入的低频干扰力矩和由高速转子不平衡引入的高频扰动力矩，要求控制算法具有较强的扰动抑制能力。尤其是高速转子产生的高频扰动，其频率远大于控制器带宽，还需要对转子高频扰动设计专门的补偿算法。另外，框架伺服系统在力学、热等条件变化时，系统参数会发生变化，还要求控制算法具有较强的参数适应性。高性能的控制方法是提高框架伺服系统转速控制性能的主要手段。已有方法提高了框架伺服系统的性能，但是对参数变化的适应性及对扰动力矩波动的抑制效果还有待提高，对高频扰动力矩波动的抑制能力则明显不足。因此，需要对控制力矩陀螺框架伺服系统控制方法开展深入研究，以满足控制力矩陀螺的性能要求。

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CMG框架永磁同步电机的控制系统及控制方法，该控制方法包括滑模控制与转子磁场定向矢量控制相结合的转速闭环控制方法、高速转子扰振自适应前馈补偿方法以及位置、转速前馈三部分内容。将滑模控制与转子磁场定向矢量控制方法相结合可提高系统对陀螺力矩、转子静不平衡等因素引入的非线性低频干扰力矩的抑制能力，提升框架转速控制性能和系统的鲁棒性；加入高速转子扰振的自适应前馈补偿可有效抑制高频扰动力矩，提高框架控制精度。加入位置、转速前馈设计可进一步提高框架控制带宽。

本发明的技术解决方案是：

一种CMG框架永磁同步电机的控制系统，该控制系统包括全桥驱动电路模块、电流采集模块、三相/两相坐标变换模块、两相旋转坐标变换模块、第一差分模块、励磁电流比例积分调节模块、两相旋转坐标反变换模块、空间矢量脉宽调制生成模块、转速计算模块、第二差分模块、位置环比例微分调节模块、速度前馈模块、第三差分模块、转速环滑模控制模块、位置前馈模块、高速转子扰振自适应前馈补偿模块、累加模块、永磁同步电机及测角模块；

测角模块测量得到永磁同步电机的实际机械角度θm和电角度θe，并将实际机械角度θm输出给第二差分模块和转速计算模块，将电角度θe输出给两相旋转坐标变换模块和两相旋转坐标反变换模块；