[发明专利]用于空间在轨补加的无刷电机反电势采集换相系统

说明书

本发明提供用于空间在轨补加的无刷电机反电势采集换相系统，包括：主控模块，其包括：处理器；FPGA，FPGA接收处理器的指令，并给处理器反馈反电动势信号以及电机转速信号，FPGA进行状态切换；采集模块，包括：反电势采集单元；比较器，反电势采集单元输出电压变化量至比较器，比较器根据电压变化量输出高低电平至FPGA进行逻辑运算。本发明提供的用于空间在轨补加的无刷电机反电势采集换相系统，使得该系统在电离总剂量及单粒子效应的空间补加环境下，能够更可靠的保证无刷直流电机采用反电势换相工作；解决了传统空间在轨补加无刷直流电机位置传感器换相系统的缺陷；保证设计寿命达到15年，更可靠的完成空间在轨补加任务。

技术领域

本发明涉及空间在轨补加设备技术领域，特别涉及一种用于空间在轨补加的无刷电机反电势采集换相系统。

背景技术

随着空间在轨补加技术的发展，传统的空间在轨补加系统无刷直流电机(Brushless DC Motor，BLDCM)需要位置传感器得到转子位置信号对三相绕组进行换相控制，而电机内位置传感器仅能保证2年的寿命，不能满足空间补加 15年的寿命。在空间电离总剂量效应、单粒子效应等恶劣工作环境下的适应性较差，容易产生单粒子闩锁及单粒子翻转现象，器件容易被电离总剂量效应破坏，降低了空间补加系统的可靠性。传统的空间在轨补加系统无反电势采集换相法，具体应用为天宫二号在轨补加系统，使用寿命较短，仅两年设计寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于空间在轨补加的无刷电机反电势采集换相系统，以解决传统的空间在轨补加系统在空间电离总剂量效应、单粒子效应等恶劣工作环境下的适应性较差，容易产生单粒子闩锁及单粒子翻转现象，器件容易被电离总剂量效应破坏，降低了空间补加系统的可靠性的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种用于空间在轨补加的无刷电机反电势采集换相系统，包括：主控模块，其包括：处理器；FPGA， FPGA接收处理器的指令，并给处理器反馈反电动势信号以及电机转速信号，所述FPGA进行状态切换；采集模块，包括：反电势采集单元；比较器，所述反电势采集单元输出电压变化量至所述比较器，所述比较器根据电压变化量输出高低电平至所述FPGA进行逻辑运算。

进一步地，所述处理器是BM3803MGRH处理器。

进一步地，所述BM3803MGRH处理器采用哈佛结构，具有独立的指令总线和数据总线，分别与各自的Cache控制器相连。

进一步地，在低速和高速时，分别在PWM关断和开通阶段检测反电势，采用两个不同的参考电压获得反电动势，并将端电压反电动势与中心点电压相减，采用过零点法初步获取电机换相位置。

进一步地，处理器通过转速闭环的方式输出换相信号、PWM信号给所述 FPGA。

进一步地，所述FPGA需要根据所述处理器输出的控制信号及采集到的反电动势信号在比较器阶段、自主控制阶段、以及停止工作阶段进行切换。

进一步地，所述自主控制阶段为电机起动时的控制，所述FPGA接收所述处理器控制指令后，周期性生成拟合位置信号使电机盲控起动。

进一步地，在所述比较器控制阶段为电机无感运行后的控制，当所述处理器向所述FPGA发送从所述自主控制阶段切换至所述比较器阶段的指令后，所述FPGA需判断当前自主控制输出的相序与所述比较器控制阶段产生的相序是否一致，一致后切换。

进一步地，采集电机转动时绕组产生的反电势，根据三个比较器器件采集到的三相绕组反电势状态，判断感应反电势过零点时刻，拟合生成位置信号。

进一步地，所述停止工作阶段为电机无感运行停止后的状态恢复，当所述处理器向所述FPGA发送停止工作指令后，所述FPGA根据PWM信号的减小持续输出位置拟合信号，当转速降低到一定值以后不再向外发送位置拟合信号。