[发明专利]一种CMG低速框架快速宽转矩范围、高精度驱动控制系统

说明书

一种CMG低速框架快速宽转矩范围、高精度驱动控制系统，采用双绕组电机形式，一个可提供大力矩，一个可提供高精度力矩，两电机可根据工况自由切换，具有宽转矩范围、高精度力矩输出能力，能够满足面向未来多任务实现的机动灵活性需求，以及超敏捷、动中成像的高性能卫星平台的需求。

技术领域

本发明涉及一种CMG低速框架快速宽转矩范围、高精度驱动控制系统，属于控制力矩陀螺技术领域。

背景技术

面向未来多任务实现的机动灵活性需求、超敏捷、动中成像等高性能卫星平台的需求，需从“快、稳、精”三个方面全面提升卫星平台性能，使其在我国超高精度对地观测卫星等领域体现出广泛的应用价值。为了实现这个目标要求姿控执行机构能够快速提供快速较大高精度的输出力矩。

目前中型控制力矩陀螺的研制已经开展，其角动量和输出力矩难以满足高精度、快响应需求。后续高性能卫星平台急需大力矩、高精度控制力矩陀螺，快速、较大、高精度的输出力矩主要包括以下四方面：一是带宽较高；二是输出力矩大；三是可承受平台最大角速度比较大；四是输出力矩精度要求非常高。由上述四方面可见，相对现有控制力矩陀螺来说，输出力矩提高了数倍，力矩精度提高了一个量级，需要开展一种宽转矩范围、高精度力矩输出的CMG框架控制系统。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种宽转矩范围、高精度力矩输出的CMG低速框架控制系统。

本发明的技术解决方案是：一种CMG低速框架快速宽转矩范围、高精度驱动控制系统，包括驱动模块、绕组切换模块、电流检测模块、光栅测角模块、控制器模块和双电机绕组结构模块；

所述双电机绕组结构模块包括共用一个永磁转子的第一永磁电机和第二永磁电机，所述第一永磁电机定子绕组匝数比第二永磁电机定子绕组匝数大，两永磁电机定子绕组分离；

所述光栅测角模块使用光栅检测所述永磁转子角位置，反馈到控制器模块；

所述定子绕组切换模块用于所述第一永磁电机定子绕组与第二永磁电机定子绕组的切换；若当前为第一永磁电机工作，当定子绕组电流大于第一给定值时不切换，当定子绕组电流小于第一给定值时切换为第二永磁电机；若当前为第二永磁电机工作，当定子绕组电流小于第二给定值时不切换，当定子绕组电流大于第二给定值时切换为第一永磁电机；所述第一给定值为第一永磁电机的最小输出力矩对应的定子绕组电流，所述第二给定值为第二永磁电机的最大输出力矩对应的定子绕组电流；

所述电流检测模块用于检测所述第一永磁电机定子绕组或第二永磁电机定子绕组输出的电流，并将检测到的电流反馈到控制器模块；

所述控制器模块接收实时定子绕组电流、实时转子角位置和控制分系统的速度指令，并根据所述速度指令计算设定转子角位置，计算设定转子角位置与实时转子角位置的差值确定永磁转子设定转速；所述控制器模块根据所述实时转子角位置差分计算得到实时转子角速度，计算实时转子角速度与所述永磁转子设定转速的差值确定设定电流，计算设定电流与实时电流的差值确定PWM信号占空比的设定值，将PWM信号施加到驱动模块上，使永磁转子跟踪控制分系统给定的速度指令。

进一步地，所述控制器模块还包括滤除测角野值和细分干扰的跟踪微分滤波器，所述跟踪微分滤波器对接收到的实时转子角位置进行滤波，得到滤波后实时转子角位置，用于永磁转子设定转速和实时转子角速度的计算。

所述跟踪微分滤波器得到的滤波后实时转子角位置为

r1(k+1)＝r1(k)+h×r2(k)，

滤波后实时转子角速度为

r2(k+1)＝r2(k)+h×fst，

上述两式中，r1为实时转子角位置信号，r2为估计的实时转子角速度信号，h为运算步长，角速度综合函数fst的计算步骤如下：