專利名稱：：基于n個霍爾傳感器的磁懸浮飛輪電機的低速高精度控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種基于n個霍爾傳感器的磁懸浮飛輪永磁無刷直流電機高精度控制系統(tǒng)，用于實現(xiàn)新一代衛(wèi)星的高精度、高穩(wěn)定度姿態(tài)控制，特別適合于磁懸浮反作用飛輪的姿態(tài)控制。
背景技術：
：新一代衛(wèi)星的高精度、高穩(wěn)定度姿態(tài)控制技術是需要重點突破的關鍵技術之一。磁懸浮反作用飛輪作為新一代衛(wèi)星平臺的高精度、高穩(wěn)定度姿態(tài)控制系統(tǒng)的核心執(zhí)行機構，具有角動量輸出精度高、控制線性度好，抗干擾能力強和響應速度快等優(yōu)點，在國際上已逐步得到應用，并且將成為我國新一代高精度、高穩(wěn)定度衛(wèi)星平臺的首選執(zhí)行機構。為了實現(xiàn)高精度的姿態(tài)控制，要求永磁無刷直流驅(qū)動電機具有很高的低速精度，現(xiàn)有的控制系統(tǒng)采用3個霍爾傳感器進行檢測，由于一轉只產(chǎn)生3個霍爾信號，在低速下其檢測精度遠遠達不到所要的精度要求。為了提高控制系統(tǒng)的精度，有的采用光電碼盤和旋轉變壓器進行測速，雖然光電碼盤和旋轉變壓器低速時測速精度很高，但光電碼盤進行磁懸浮控制時，徑向、軸向調(diào)整比較大，密封時容易受油污染，價格比較貴且不容易安裝；而旋轉變壓器安裝在軸承上，磁懸浮反作用飛輪電機所用的軸承為磁懸浮軸承，存在較大的徑向和軸向跳動，而且體積也比較大，所以旋轉變壓器也很難應用在磁懸浮反作用飛輪上。2006年郝敬然發(fā)表于《航天控制》雜志上的《基于開關式Hdl傳感器的飛輪低速控制》所述的方法采用9個霍爾傳感器進行測速，相對于采用3個霍爾傳感器，此方法一個周期內(nèi)能產(chǎn)生更多的霍爾信號并3倍頻成1路霍爾信號，且采用DSP對產(chǎn)生的霍爾偏差進行標定補償，所以在一定程度上能提高低速的精度。但此方法沒有考慮對磁極的安裝偏差進行補償，所以精度提高不是很明顯。此方法標定補償時用DSP進行計數(shù)，因DSP的時鐘頻率比較低而且數(shù)據(jù)線只有16位，所以計數(shù)誤差比較大。因采用外部電路3倍頻方法，外圍倍頻電路的延時性比較大，倍頻后的霍爾信號與實際的霍爾信號存在一定的偏差，而且外圍電路復雜。此方法只能對當前使用的電機進行補償后將偏差存入DSP的數(shù)據(jù)區(qū)，不能實時進行補償，對電機的通用性不好，并且霍爾效應位置傳感器的個數(shù)還是比較少，所以精度提高也不是很明顯。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術對磁懸浮反作用飛輪電機低速精度低的不足，提供一種用于磁懸浮反作用飛輪的永磁無刷直流電動機的低速高精度控制系統(tǒng)。本發(fā)明的技術解決方案基于n個霍爾傳感器的磁懸浮飛輪電機的低速高精度控制系統(tǒng)，包括作為控制的FPGA模塊、位置檢測、三相橋式功率放大器和驅(qū)動電路、具有n個霍爾傳感器的三相永磁無刷直流電機、AD轉換模塊、降壓斬波器、能耗單元、繞組電流的檢測單元、斬波電壓的檢測單元、直流穩(wěn)恒電源；n個霍爾傳感器檢測輸出n路霍爾信號后，經(jīng)過濾波、整流、電平轉換后送入FPGA模塊中，對n路霍爾信號進行異或逸算生成1路信號，利用標定方法以及補償方法對此信號進行標定和補償，得到精確的轉速反饋；電機的繞組電流的檢測單元輸出的電流和斬波電壓的檢測單元輸出的電壓經(jīng)A/D模塊轉換后送入FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊經(jīng)運算和控制后生成8路PWM信號，其中PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6通過三相橋式功率放大器和驅(qū)動電路用于具有n個霍爾傳感器的三相永磁無刷直流電動機的換相，PWM7用于降壓斬波器的控制，PWM8用于能耗單元的控制，直流穩(wěn)恒電源提供工作所需要的穩(wěn)恒電壓。所述的具有n個霍爾傳感器的三相永磁無刷直流電機采用無齒槽無鐵芯的空心杯形繞組定子結構，在電機定子一對磁極所對應的一側沿電角度^均勻放置n個霍爾傳感器，粘貼于電機定子上，并分別與定子三相繞組首端所在槽中心線對齊，其中n取3的倍數(shù)且為奇數(shù)。所述的具有n個霍爾傳感器的三相永磁無刷直流電機(5)的速度檢測公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>,式中t為n個霍爾傳感器所產(chǎn)生的n路霍爾信號txnxmx60進行異或運算后產(chǎn)生的l路霍爾信號相鄰兩個沿的時間差，n為霍爾傳感器的個數(shù)，m為磁極的對數(shù)。所述的標定方法為①對磁極的安裝偏差所產(chǎn)生的誤差進行標定，其安裝誤差為!lx《—M廣，式中x,為任意1個霍爾傳感器產(chǎn)生第Z個霍爾信號周期時4000wFPGA的計數(shù)值，m為磁極的對數(shù)，i=1、2、3、4、5、6、7、m;②對霍爾傳感器的安裝偏差引起的誤差進行標定，其安裝角度誤差為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>—竺j。，式中乂為異或運算后得到的l路信號在第/次跳變FPGA的4000計數(shù)值，f=1、2、3、4、5、6、7、n，n為霍爾傳感器的個數(shù)。所述的補償方法為線性補償，補償公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>式中n為霍爾傳感器的個數(shù)，m為磁極的對數(shù)，力為電機在穩(wěn)速條件下第一個霍爾傳感器經(jīng)過第/個磁極所產(chǎn)生的計數(shù)值，《為進行異或運算后第/個霍爾信號脈沖所產(chǎn)生的計數(shù)值，巧為前一時刻的轉速值，/=1、2、3、4、5、6、7、m;/=1、2、3、4、5......附x"x2;將補償公式存入FPGA模塊(7)中，根據(jù)當前的測速值進行相應的補償，得到精確的轉速反饋。所述的FPGA模塊的運算和控制過程為對經(jīng)過濾波、整流、電平轉換后的n個霍爾傳感器檢測輸出進行異或運算生成1路信號，對由磁極和霍爾傳感器的偏差所產(chǎn)生的霍爾信號誤差進行補償?shù)玫骄さ霓D速反饋信號，并與速度參考信號扭減生成速度控制量，經(jīng)速度調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流、電壓參考量,其電流參考量與電流反饋量的偏差經(jīng)電流調(diào)節(jié)形成PWM7占空比的控制量，通過改變PWM7的占空比來調(diào)節(jié)轉子轉速；對經(jīng)過濾波、整流、電平轉換后的n個霍爾傳感器檢測輸出的1路，1+2,l+蘭路信號送入FPGA經(jīng)33過邏輯組合生成PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6驅(qū)動逆變橋進行換相；其電壓參考量與降壓斬波器反饋量的偏差經(jīng)電壓調(diào)節(jié)后形成PWM占空比的控制量PWM8，用于降壓斬波器的控制。本發(fā)明的原理是(1)磁懸浮反作用飛輪用三相永磁無刷直流電才幾采用兩相導通三相六狀態(tài)雙閉環(huán)控制的工作方式。由
背景技術：
可知提高永磁無刷直流電機低速控制精度的關鍵是提高低速的檢測精度，永磁無刷直流電機的速度檢測方法為~~l~~Wmin。式中t為n路霍爾信號進行異或運算后產(chǎn)生的l路霍txnxmx60爾信號相鄰兩個沿的時間差，n為霍爾傳感器的個數(shù)，m為磁極的對數(shù)。由上式可知它的速度檢測精度與霍爾傳感器的個數(shù)成正比，從而控制精度也與霍爾傳感器的個數(shù)成正比，所以提高霍爾傳感器的個數(shù)可以提高低速的控制精度。電機采用無齒槽無鐵芯的空心杯形繞組定子結構，在電機定子一對磁360°極所對應的一側沿電角度7均勻放置n個霍爾傳感器，粘貼于電機定子上，360°相差；廠電角度放置，并分別與定子三相繞組首端所在槽中心線對齊，其中n取3的倍數(shù)且為奇數(shù)個。由于磁極和霍爾傳感器的安裝偏差，不同的器件響應的靈敏度不同，使得電機在低速測速時達不到很高的精度，所以需要補償由磁極和霍爾傳感器所產(chǎn)生的信號的偏差以達到理想安裝所產(chǎn)生的信號，從而提高低速的測速精度。(2)首先計算磁極安裝的偏差設電機的磁極對數(shù)為m對，如圖l所示。首先用絕對位置傳感器(根據(jù)專利<一種磁懸浮飛輪轉子位置鑒別裝置>專利號為)找到電機的絕對位置，并規(guī)定所在的磁極為磁極1，然后用鎖相環(huán)技術讓電機穩(wěn)定在5000Wmin下，穩(wěn)定精度為1(T5，測霍爾傳感器l產(chǎn)生m個連續(xù)霍爾信號的周期，則m個連續(xù)的周期轉過的機械角度為360°。如圖2所示，根據(jù)穩(wěn)速下等時間內(nèi)轉過的電角度相等原理，用公式-,-(!=1……m),式中T為霍爾傳感器l產(chǎn)生m個連續(xù)霍爾信號周期的總的時間，/,.為霍爾傳感器經(jīng)過第/個磁極所用的時間。即可得到磁極的安裝角度A。將霍爾傳感器1所產(chǎn)生的信號經(jīng)濾波、整形、電平轉換后接至FPGA，從霍爾傳感器1經(jīng)過磁極1時計數(shù)器開始計數(shù)，每產(chǎn)生一個上升沿計數(shù)器保存此次的計數(shù)值并重新開始計數(shù)，連續(xù)計數(shù)m次即轉過一個機械的360°，可得到m個計數(shù)值，設得到的計數(shù)值為^(/=1、2、3、4、5、6、7……m),因所選用的FPGA的工作時鐘頻率是40M,則計數(shù)值為x,時轉過的角度為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>，即可得到磁極的安裝誤差為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(3)計算霍爾傳感器的安裝誤差若磁極已經(jīng)補償過且達到理想狀態(tài),繼續(xù)讓電機穩(wěn)定在5000Wmin下，穩(wěn)定精度為10-5，采用n個霍爾傳感器時，在360°的電角度內(nèi)，令H1上升沿時電角度為0°,則下降沿時為180。，則n個霍爾信號上升沿、下降沿時電角度依次是表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>上表可以看出在理想狀態(tài)下，霍爾信號1上升沿超前霍爾信號//+3下降沿匿，霍爾信號2上升沿超前霍爾信號//。+5下降沿^，霍爾信號3上升沿超前霍爾信號//+7下降沿1......可利用上面求實際霍爾傳感器的電角度丁"差原理求出霍爾信號異或后的電角度差(如圖2所示)，然后進行補償以提高精度。計算實際的電角度差時，用數(shù)字電路時鐘脈沖計數(shù)器進行計算以提高精度。n路霍爾信號處理后送入FPGA進行異或，得到l路霍爾信號，如圖4所示，然后檢測到巧的上升沿時用計數(shù)器開始計數(shù)，每有一次電平跳變就保存此次的計數(shù)值并重新開始計數(shù)，共可得到wx打x2個計數(shù)值，設計數(shù)值為凡.(/-1、2、3、4、5、6、7、8、9……mx"x2)，因FPGA的時鐘頻率是40M,則計數(shù)值為凡.所用的時間為~^^,穩(wěn)速轉速為5000r/min，則計數(shù)值為少,40x10時所轉過的角度為^^x，x360-^i。，即為安裝的角度40x10660400040002w誤差。(4)補償方法計算出實際的電角度差后，進行補償以提高精度。所用補償方法為線性補償。因n個霍爾信號異或后產(chǎn)生l路霍爾信號，所用的速度的公式為一個霍爾脈沖轉過的角度/所用時間，即為異或后一個霍爾信號周期內(nèi)的平均速度，所以可以用線性補償。在實際求轉速時所用的角度為機械角度，假設經(jīng)過磁極1時產(chǎn)生的霍爾信號1上升沿超前霍爾信號//+3下降沿電角度為乂。，因理想狀態(tài)下電角度應超前為巨，所以霍爾安裝的電角度誤差為(翌-A)。，又因磁極的偏差，由上可知磁極1與磁極2的實3際安裝角度為4000"1，故對于轉過同一磁極下產(chǎn)生的霍爾信號的實際電角度誤差為(工xx,x!-^°,設前一時刻轉速為巧，則轉過400012x""(1x^工-乂)。所用的時間為(^x;c,x^L—y1)x_^，因FPGA的時40002x"1400012xw1巧x360鐘頻率是40M，則轉過(1xx、x!-W°時所用的計數(shù)值為40002x"，m2x10'x(-x;c'x--_y,)(l^xA-^x-^^OxK^-40002x"與轉速成正比。對40002xw1jx360于轉過不同磁極下產(chǎn)生的霍爾信號，還是以霍爾傳感器l轉過磁極1時為例霍爾傳感器1轉過磁極1時產(chǎn)生上升沿，則n個霍爾傳感器產(chǎn)生的霍爾信號進行異或運算后與霍爾信號1上升沿相鄰的下降沿F^的下降沿，且W^轉過的磁極為m。此時由磁極1產(chǎn)生的一個周期霍爾信號1的誤差為3XXiX_￡_，由磁極m產(chǎn)生的一個周期霍爾信號//+3的誤差為40002xw3mx:cx_i!L，則轉過1。由磁極1和磁極m共同產(chǎn)生的誤差為4000"'2xwW(")x^]x翌，則轉過[麗^—"x^、翌時所用的計數(shù)值為360"360w{Wx("Jx^jxM}x_^__x40xl06。其他可以此類推。列表存入1360w1巧x360FPGA的數(shù)據(jù)區(qū)，在電機低速運行時，以查表的方式得到相鄰霍爾信號的位置誤差，可用,前一次的計數(shù)器的計數(shù)值來補償這一次的誤差，在程序中計數(shù)器計數(shù)是加上<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>(進行異或運算后的前mxn個)或<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>(進行異或運算后的后WXW個),360w巧x360式中；=1、2、3、4、5、6、7、m;_/=1、2、3、4、5......wx"x2。即可得到精確的轉速反饋，與給定轉速相減得到轉速偏差，經(jīng)FPGA調(diào)節(jié)后產(chǎn)生8路PWM控制信號，從而可以實現(xiàn)低速高精度控制(圖6所示)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于本發(fā)明釆用n(n—般為3的倍數(shù)且為奇數(shù))個霍爾傳感器進行測速，對由磁極和霍爾傳感器的安裝偏差所產(chǎn)生的誤差進行補償，且采用一種新的標定、補償方法并且標定、補償全部在FPGA中用軟件實現(xiàn)，外圍電路少，可移植性好。得出標定補償公式存入FPGA數(shù)據(jù)區(qū)，可適用于任意個磁極和任意個霍爾傳感器的各種電機，具有通用性。由于所產(chǎn)生的信號進行異或運算后比具有三個霍爾傳感器的電機產(chǎn)生更多個脈沖(如圖3),在低速下脈沖個數(shù)的增多可以得到更多的速度信息，經(jīng)過標定補償后可以提供更準確的速度反饋，從而可以進行低速高精度控制。圖1為本發(fā)明的電機定子示意圖(以9路霍爾為例，9個霍爾傳感器安裝在1—9個槽中)；圖2為本發(fā)明的1路霍爾傳感器產(chǎn)生的霍爾信號示意圖3為本發(fā)明的相鄰2路霍爾信號示意圖4為本發(fā)明的n路霍爾傳感器產(chǎn)生的霍爾信號示意圖5為本發(fā)明的n路霍爾傳感器的安裝圖6為本發(fā)明的原理圖7為本發(fā)明的高速永磁無刷直流電機速度控制系統(tǒng)的FPGA控制流程圖8為本發(fā)明的高速永磁無刷直流電機速度控制系統(tǒng)原理框圖。具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明所使用的霍爾傳感器為9個，三相永磁無刷直流電機采用8對極、無齒槽無鐵芯的空心杯形繞組定子結構，易于安裝9個霍爾傳感器。如圖5所示，在電機定子一對磁極所對應的一側沿電角度40°均勻放置n個霍爾傳感器，.粘貼于電機定子上，并分別與定子三相繞組首端所在槽中心線對齊，則產(chǎn)生的霍爾信號1與霍爾信號2相差40°電角度，如圖3所示。如圖6所示，本發(fā)明的控制系統(tǒng)由作為控制的FPGA模塊7、位置檢測6、三相橋式功率放大器和驅(qū)動電路4、具有n個霍爾傳感器的三相永磁無刷直流電機5、AD轉換模塊10、降壓斬波器2、能耗單元3、繞組電流的檢測單元8、斬波電壓的檢測單元9、直流穩(wěn)恒電源；n個霍爾傳感器檢測輸出n路霍爾信號后，經(jīng)過濾波、整流、電平轉換后送入FPGA模塊7中，電機的繞組電流的檢測單元8輸出的電流和斬波電壓的檢測單元9輸出的電壓經(jīng)A/D模塊10轉換后送入FPGA7，F(xiàn)PGA7經(jīng)運算和控制后生成8路PWM信號，其中PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6通過三相橋式功率放大器和驅(qū)動電路4用于具有n個霍爾傳感器的三相永磁無刷直流電動機5的換相，PWM7用于降壓斬波器2的控制，PWM8用于能耗制動單元3的控制，直流穩(wěn)恒電源1提供工作所需要的穩(wěn)恒電壓。如圖7所示，9個霍爾傳感器檢測輸出的9路霍爾信號經(jīng)過濾波、整流、電平轉換后送入FPGA異或并進行補償后通過FPGA為核心的控制器產(chǎn)生轉速反饋；給定轉速與速度反饋形成偏差，經(jīng)調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流、電壓參考量，其電流參考量與電流反饋量的偏差經(jīng)電流調(diào)節(jié)后形成PWM占空比的控制量，用于電機的調(diào)速控制；其電壓參考量與降壓斬波器反饋量的偏差經(jīng)電壓調(diào)節(jié)后形成PWM占空比的控制量PWM7,用予降壓斬波器的控制，并用PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6進行換相。在低速下，精確的測速裝置是制約控制精度的瓶頸，所以提高低速的測速裝置是本發(fā)明的關鍵所在。如圖5所示，本發(fā)明通過在電機定子上均勻安裝9個霍爾傳感器并通過檢測其所產(chǎn)生的霍爾信號，將其補償后得到轉速反饋，并利用FPGA為核心的控制器實現(xiàn)磁懸浮反作用飛輪用永磁無刷直流電機的低速高精度控制。(1)計算磁極的安裝誤差如圖2所示，m=8,令轉過機械角度360°時一個霍爾傳感器產(chǎn)生的霍爾信號為8個。由原理(2)可計算出永磁無刷直流電機采用8對極得到磁極的安裝誤差為ilxx,-，1。式中x,為第i40008個磁極，/=1、2、3、4、5、6、7、8;。(2)計算霍爾傳感器的安裝誤差圖4為9路信號異或為l路信號的示意圖，由原理(3)可得9個霍爾信號上升沿、下降沿時電角度依次是表2<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>由上表可以看出在理想狀態(tài)下，霍爾信號l上升沿超前霍爾信號6下降沿20。，霍爾信號2上升沿超前霍爾信號7下降沿20。，霍爾信號3上升沿超前霍爾信號8下降沿20°......如臥3'所示，設轉過機械甫度360。時所用的時間為tl,霍爾信號1上升沿超前霍爾信號2上升沿的時間為t2。由原理(3)得公式可得安裝的角度誤差為|^-20|°。4000(3)補償方法由原理(4)可知8對極，9個霍爾傳感器的永磁無刷直流電機的補償公式為(進行異或運算后的前72個)或f_xfx—X")X_1{4000'w2x"x翌}x_^_x40xl06(進行異或運算后的后72個)360wJWjx360列表存入FPGA的數(shù)據(jù)區(qū)，在電機低速運行時，以查表的方式得到相鄰霍爾信號的位置誤差，可用前一次的計數(shù)器的計數(shù)值來補償這一次的誤差，在程73附2x10x(-xxx--乂)序中計數(shù)器計數(shù)時加上-^——^~~(進行異或運算后的前72個)或/麗x("'-1)X^]XM}x_il_x40xl06(進行異或運算后的后72360n"60x360個)，式中/-1、2、3、4、5、6、7、8;_/-1、2、3、4、5……144。即可得到精確的轉速反饋，與給定轉速相減得到轉速偏差，經(jīng)FPGA調(diào)節(jié)后產(chǎn)生8路PWM控制信號，從而可以實現(xiàn)低速高精度控制(圖6所示)。如圖7所示，本發(fā)明的FPGA模塊7的控制過程為9個霍爾傳感器檢測輸出的9路霍爾信號經(jīng)過濾波、整流、電平轉換后送入FPGA異或并進行補償后通過FPGA為核心的控制器產(chǎn)生轉速反饋；給定轉速與速度反饋形成偏差，經(jīng)調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流、電壓參考量，其電流參考量與電流反饋量的偏差經(jīng)電流調(diào)節(jié)后形成PWM占空比的控制量，用于電機的調(diào)速控制；其電壓參考量與降壓斬波器反饋量的偏差經(jīng)電壓調(diào)節(jié)后形成PWM占空比的控制量PWM7,用于降壓斬波器的控制，并用霍爾信號1、2、3、4、5、6進行換相。權利要求1、基于n個霍爾傳感器的磁懸浮飛輪電機的低速高精度控制系統(tǒng)，其特征在于包括作為控制的FPGA模塊(7)、位置檢測(6)、三相橋式功率放大器和驅(qū)動電路(4)、具有n個霍爾傳感器的三相永磁無刷直流電機(5)、AD轉換模塊(10)、降壓斬波器(2)、能耗單元(3)、繞組電流的檢測單元(8)、斬波電壓的檢測單元(9)、直流穩(wěn)恒電源(1)；n個霍爾傳感器檢測輸出n路霍爾信號后，經(jīng)過濾波、整流、電平轉換后送入FPGA模塊(7)中，對n路霍爾信號進行異或運算生成1路信號，利用標定方法以及補償方法對此信號進行標定和補償，得到精確的轉速反饋；電機的繞組電流的檢測單元(8)輸出的電流和斬波電壓的檢測單元(9)輸出的電壓經(jīng)A/D模塊(10)轉換后送入FPGA模塊(7)，F(xiàn)PGA模塊(7)經(jīng)運算和控制后生成8路PWM信號，其中PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6通過三相橋式功率放大器和驅(qū)動電路(4)用于具有n個霍爾傳感器的三相永磁無刷直流電動機(5)的換相，PWM模塊7用于降壓斬波器(2)的控制，PWM8用于能耗單元(3)的控制，直流穩(wěn)恒電源(1)提供工作所需要的穩(wěn)恒電壓。2、根據(jù)權利要求1所迷的基于n個霍爾傳感器的磁懸浮飛輪電機的低速高精度控制系統(tǒng)，其特征在于所述的具有n個霍爾傳感器的三相永磁無刷直流電機(5)采用無齒槽無鐵芯的空心杯形繞組定子結構，在電機定子一對磁極所對應的一側沿電角度！均勻放置n個霍爾傳感器，粘貼于電機定子上，并分別與定子三相繞組首端所在槽中心線對齊，其中n取3的倍數(shù)且為奇數(shù)。3、根據(jù)權利要求1所述的基于n個霍爾傳感器的磁懸浮飛輪電機的低速高精度控制系統(tǒng)，其特征在于所述的具有n個霍爾傳感器的三相永磁無刷直流電機(5)的速度檢測公式為——L^_r/min，式中t為n個霍爾txnxmx60傳感器所產(chǎn)生的n路霍爾信號進行異或運算后產(chǎn)生的1路霍爾信號相鄰兩個沿的時間差，n為霍爾傳感器的個數(shù)，m為磁極的對數(shù)。4、根據(jù)權利要求1所述的基于n個霍爾傳感器的磁懸浮飛輪電機的低速高精度控制系統(tǒng)，其特征在于所述的標定方法為①對磁極的安裝偏差所產(chǎn)生的誤差進行標定，其安裝誤差為'3>^-^|°，式中x,為任意1個霍爾傳感器產(chǎn)生第/個霍爾信號周期時4000附FPGA的計數(shù)值，ra為石茲極的對數(shù)，/=1、2、3、4、5、6、7、m;②對霍爾傳感器的安裝偏差引起的誤差進行標定，其安裝角度誤差為il^—翌廣，式中x為異或運算后得到的l路信號在第z'次跳變FPGA的4000計數(shù)值，！'=1、2、3、4、5、6、7、n，n為霍爾傳感器的個數(shù)。5、根據(jù)權利要求1所述的基于n個霍爾傳感器的磁懸浮飛輪電機的低速高精度控制系統(tǒng)，其特征在于所述的補償方法為線性補償，補償公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式中n為霍爾傳感器的個數(shù)，m為磁極的對數(shù)，^為電機在穩(wěn)速條件下第一個霍爾傳感器經(jīng)過第/個磁極所產(chǎn)生的計數(shù)值，^為進行異或運算后第!個霍爾信號脈沖所產(chǎn)生的計數(shù)值，巧為前一時刻的轉速值，7=1、2、3、4、5、6、7、m;i=1、2、3、4、5wx"x2;將補償公式存入FPGA模塊(7)中，根據(jù)當前的測速值進行相應的補償，得到精確的轉速反饋。6、根據(jù)權利要求1所述的基于n個霍爾傳感器的磁懸浮飛輪電機的低速高精度控制系統(tǒng)，其特征在于所述的FPGA模塊(7)的運算和控制過程為對經(jīng)過濾波、整流、電平轉換后的n個霍爾傳感器檢測輸出進行異或運算生成1路信號，對由磁極和霍爾傳感器(5)的偏差所產(chǎn)生的霍爾信號誤差進行補償?shù)玫?精確的轉速反饋信號，并與速度參考信號相減生成速度控制量，經(jīng)速度調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流、電壓參考量，其電流參考量與電流反饋量的偏差經(jīng)電流調(diào)節(jié)形成PWM7占空比的控制量，通過改變PWM7的占空比來調(diào)節(jié)轉子轉速；對經(jīng)過濾波、整流、電平轉換后的n個霍爾傳感器檢測輸出的1路，1+n/3,l+2n/3路信號送入FPGA經(jīng)過邏輯組合生成PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6驅(qū)動逆變橋進行換相；其電壓參考量與降壓斬波器(2)反饋量的偏差經(jīng)電壓調(diào)節(jié)后形成PWM占空比的控制量PWM8，用于降壓斬波器(2)的控制。全文摘要一種基于n個霍爾傳感器的磁懸浮飛輪電機的低速高精度控制系統(tǒng)，用于新一代高穩(wěn)定度衛(wèi)星的高精度姿態(tài)控制執(zhí)行機構—磁懸浮反作用飛輪電機的驅(qū)動控制，它主要由現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)為核心的控制器、霍爾傳感器、三相橋式功率放大器、功率放大器的驅(qū)動電路、三相永磁無刷直流電機、降壓斬波器、能耗單元、繞組電流的檢測單元、斬波電壓的檢測單元、直流穩(wěn)恒電源組成。通過在電機定子的一側均勻安裝n個霍爾傳感器并檢測其所產(chǎn)生的霍爾信號，將其補償后得到精確的轉速反饋，并利用FPGA為核心的控制器實現(xiàn)了磁懸浮反作用飛輪用永磁無刷直流電機的低速高精度控制。文檔編號H02P6/00GK101188393SQ20071017930公開日2008年5月28日申請日期2007年12月12日優(yōu)先權日2007年12月12日發(fā)明者剛劉,周新秀,房建成,娜朱,王志強申請人:北京航空航天大學