專利名稱：一種磁懸浮反作用飛輪電機電磁轉矩脈動抑制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種磁懸浮反作用飛輪電機電磁轉矩脈動抑制裝置，主要用于新一代
衛(wèi)星的長壽命、高精度姿態(tài)控制執(zhí)行機構，用于抑制磁懸浮反作用飛輪電機的電磁轉矩脈 動，保證磁懸浮反作用飛輪輸出平穩(wěn)控制力矩。
背景技術：
飛輪是衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的關鍵執(zhí)行部件，主要用于實現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)機動和姿態(tài)穩(wěn) 定。在航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)中，飛輪按照姿控系統(tǒng)指令，提供合適的控制力矩，矯正航天器 的姿態(tài)偏差，或完成某種姿態(tài)的調整。通過飛輪與衛(wèi)星本體間的角動量交換，吸收由于空間 環(huán)境干擾力矩引起的星體角動量變化，實現(xiàn)穩(wěn)定衛(wèi)星姿態(tài)的目的。在航天空間飛行器姿態(tài) 控制中，通過對大慣量飛輪轉子的加速和制動(減速)控制，產生施加在載體上的反作用力 矩，從而實現(xiàn)對載體運動的控制。當電機處于減速制動狀態(tài)時，常用的方法是能耗制動和 反接制動綜合方法。當電機轉速很高時，利用飛輪轉子貯存的動能，進行能耗制動；當電機 的轉速變低后，再切換成反接制動。 隨著對衛(wèi)星精度的要求越來越高，要求飛輪的控制精度越來越高。磁懸浮反作用 飛輪電機轉矩脈動是影響磁懸浮反作用飛輪電機控制精度的主要因素，并且轉矩脈動會降 低電力傳動系統(tǒng)控制特性并造成機器噪音，振動，降低機器使用壽命和驅動系統(tǒng)的可靠性。 要實現(xiàn)磁懸浮反作用飛輪的高精度、高穩(wěn)定控制就必須要采取有效的措施來抑制電機轉矩 脈動。轉矩脈動是無刷電機在低速運行時的一項十分重要的性能指標，通常高性能伺服系 統(tǒng)的低速轉矩脈動應小于3%。造成轉矩脈動的原因多種多樣，電機的三大組成部分都對 轉矩脈動有直接影響。按產生轉矩脈動的原因，可分以下幾方面電磁因素引起的轉矩脈 動、電流換相引起的轉矩脈動、齒槽引起的轉矩脈動、電樞反應影響和機械工藝引起的轉矩 脈動等。 目前采用硬件對于轉矩脈動的抑制裝置主要是針對電機電動狀態(tài)下的轉矩脈動 進行抑制的，還未提出關于制動狀態(tài)下的轉矩脈動的抑制方法。通用的電動狀態(tài)下的抑 制轉矩脈動的方法為在三相逆變橋前端加上BUCK變換器，其各部分連接關系如圖3所 示(自張曉峰，胡慶.基于BUCK變換器的無刷直流電機轉矩脈動抑制方法.電工技術學 報.2005,20(9). p72-p81)。通過單一直流母線電流的反饋閉環(huán)控制來抑制轉矩脈動的方 法，這種轉矩脈動抑制裝置由降壓斬波開關管21、 LC濾波電路22、逆變電路23組成，在這 種控制方式下，由于三相逆變橋(逆變電路23)采用的是恒通方式，此時直流母線上的采樣 電流值在每一個傳導區(qū)內，不會出現(xiàn)脈動，可以實時地反映導通相繞組的真實電流大小。此 時直流母線電流反饋信號和給定信號的誤差信號來控制BUCK電路開關管(降壓斬波開關 管21)的占空比，來實現(xiàn)電機的轉矩控制，使得電磁轉矩Te在每一個傳導區(qū)內為恒定值，有 效的消除了傳導區(qū)轉矩脈動的現(xiàn)象。但反作用飛輪不僅存在電動運行狀態(tài)還存在制動運行 狀態(tài)。采用這種裝置，當飛輪輸出正力矩處于電動運行狀態(tài)時其轉矩脈動可以予以解決，但 當飛輪輸出負力矩進行反接制動時，此時逆變電路23運行與電動狀態(tài)相反的換相表，即當某相反電動勢值最低時令此相開關管導通。為了防止產生相間環(huán)流，要求繞組端電壓高于 反接制動運行狀態(tài)下各相的最高反電動勢，此時降壓斬波開關管21用來控制繞組端電壓 使其高于各相的最高反電動勢，而逆變電路23各開關管既進行換相又進行調制以產生要 求的控制力矩，在調制過程中由于開關管不停的處于開通與關斷的切換狀態(tài)，因此，繞組電 流會出現(xiàn)上下波動，進而會產生轉矩脈動。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術存在的反作用飛輪電機處于能耗制動、 反接制動運行過程中，由于開關管處于調制狀態(tài)導通區(qū)電磁轉矩脈動嚴重的問題，本發(fā)明 提出一種磁懸浮反作用飛輪電機電磁轉矩脈動抑制方法，能夠有效的降低反作用飛輪電機 在能耗制動、反接制動過程中產生的電磁轉矩脈動。 本發(fā)明的技術解決方案一種磁懸浮反作用飛輪電機電磁轉矩脈動抑制裝置，包 括直流電源、降壓斬波調制開關管、LC濾波電路、電機繞組、逆變電路，能耗制動電路和調制 脈動抑制電路，其中直流電源連接到降壓斬波調制開關管的集電極，降壓斬波調制開關管 的基極觸發(fā)信號由數(shù)字信號處理器產生，用于控制降壓斬波調制開關管的開通與關斷，對 直流電源的電壓進行調制；LC濾波電路連接到降壓斬波調制開關管的發(fā)射極用于接收經
降壓斬波開關管調制后的電壓，濾除附著在調制后電壓上的噪聲及高頻信號；能耗制動電 路與LC濾波電路和電機繞組連接，用于調節(jié)能耗制動電流；電機繞組接收經LC濾波電路濾 波后的電壓并在逆變電路的作用下控制電機運行；逆變電路與電機繞組連接用于接收由數(shù) 字信號處理器產生的換相信號；調制脈動抑制電路與逆變電路連接，接收由數(shù)字信號處理 器產生的脈動抑制控制信號。 能耗制動電路由能耗制動電阻、能耗制動續(xù)流回路和能耗制動開關管組成，其中 能耗制動續(xù)流回路一端與能耗制動電阻相連接，另一端與能耗制動開關管相連接。調制脈 動抑制電路由電動通路和反接制動通路組成，電動通路和反接制動通路同時與逆變電路的 三個換相開關管的發(fā)射極相連，在電機電動運行過程中，逆變電路與電動通路組成電流導 通電路；在電機反接制動過程中，逆變電路與反接制動通路組成電流導通電路。反接制動通 路由反接制動續(xù)流回路與反接制動開關管組成，其中反接制動續(xù)流回路上端與逆變電路的 三個換相開關管的發(fā)射極相連，下端與反接制動開關管的集電極相連接；反接制動開關管 的基極與數(shù)字信號處理器相連接，接收由數(shù)字信號處理器產生的脈動抑制控制信號，反接 制動開關的發(fā)射極接地。 本發(fā)明的原理是磁懸浮反作用飛輪根據(jù)衛(wèi)星姿態(tài)控制信號的要求分別進行電動 運行和制動運行控制，由于調整衛(wèi)星姿態(tài)地要求，反作用飛輪不僅要輸出正力矩還要輸出
負力矩，由電磁轉矩力矩公式義=+ (W。 ，其中，"m為飛輪角速度，ea， eb， ec分
別代表A， B， C三相繞組的相反電動勢，ia， ib， i。分別代表A， B， C導通相繞組電流。當反作 用飛輪輸出正力矩時要求導通相反電動勢和導通相電流的方向相同，當某相繞組的反電動 勢最高時令此相繞組導通，飛輪輸出正力矩；飛輪輸出負力矩時，當飛輪轉速比較高進行能 耗制動，此時將供電電源斷開，利用其反電動勢，令繞組電流反向流通可以輸出負力矩；當 飛輪轉速比較低時采用反接制動，當某相繞組的反電動勢最低時令此相繞組導通，此時導
4通相反電動勢和導通相電流的方向相反，飛輪輸出負力矩。 當磁懸浮反作用飛輪電機處于電動運行狀態(tài)時，數(shù)字信號處理器15根據(jù)電機轉子的位置、速度產生七路控制信號，其中一路控制信號P麗l用于控制降壓斬波調制開關管2的TV1，用于控制驅動電壓；一路控制信號P麗2用于控制能耗制動開關管7的TV2，使其處于關斷狀態(tài)；三路控制信號P麗3、 P麗4、 P麗5分別用于控制逆變電路9的三個開關管TV3、TV4、 TV5，實現(xiàn)電機換相，其控制頻率是由當前電機轉速確定；另外控制信號P麗X0用于控制調制脈動抑制電路10的開關管VTX0使其處于開通狀態(tài)；控制信號P麗X1用于控制調制脈動抑制電路10的開關管VTX1使其處于關斷狀態(tài)。首先降壓斬波開關管2接收數(shù)字信號處理器15的控制信號P麗l將直流電源1電壓轉換為電機輸出力矩所需電壓，經降壓斬波開關管2調制后的電壓存在較大的脈動；LC濾波電路3接收經降壓斬波開關管2調制后的電壓，將調制后附著在調制后電壓上的高頻調制脈動信號濾除，產生電機繞組端電壓V1 ;數(shù)字信號處理器15根據(jù)電機轉子的位置產生三路控制信號P麗3、P麗4、P麗5分別用于控制逆變電路9的三個開關管TV3、TV4、TV5。在電機繞組端電壓V1的作用下，電流由導通相開關管通過電機繞組8與電動通路11流回直流電源1。在電機電動過程中只有斬波調制開關管2處于調制狀態(tài)，其調制脈動由LC濾波電路3濾除。 當磁懸浮反作用飛輪電機進行制動時，電機接收姿態(tài)控制信號由高轉速開始降速。此時，可以利用飛輪高速旋轉產生的反電動勢進行能耗制動。能耗制動時，控制降壓斬波開關管2處于關斷狀態(tài)，在飛輪電機繞組反電動勢最高相的作用下V1為正電壓，其電壓值為飛輪電機繞組反電動勢最高相的反電動勢值，在此反電動勢的作用下，電流反向流通(設定電動狀態(tài)下電流流向為正向)。電流通過能耗制動電阻5、能耗制動續(xù)流回路的電感L2、能耗制動開關管7、電動通路11的二極管VD7 (或反接制動通路12的二極管VD8、電阻R4、二極管VD6)、逆變電路9導通相二極管組成導通回路。其電流值大小通過調節(jié)能耗制動開關管7的占空比實現(xiàn)。在能耗制動開關管7關斷時刻通過能耗制動續(xù)流回路6的電感可以平滑能耗制動調制電流脈動。 當磁懸浮反作用飛輪電機轉速降到比較低時，由能耗制動切換到反接制動狀態(tài)。為了防止產生環(huán)流要控制飛輪電機繞組端電壓V1使其大于反接制動階段的最大反電動勢。此電壓值可以通過控制降壓斬波開關管2的調制占空比實現(xiàn)。飛輪電機繞組電流的大小通過逆變電路9的開關管TV3， TV4， TV5的調制占空比實現(xiàn)，逆變電路9的開關管TV3，TV4， TV5分別接收數(shù)字信號處理器15的控制信號P麗3， P麗4， P麗5，使其既進行換相控制又進行調制。能耗制動開關管7的TV2處于關斷狀態(tài)；電動通路11開關管VTX0接收數(shù)字信號處理器15的控制信號P麗X0處于關斷狀態(tài)；反接制動通路12開關管VTX1接收數(shù)字信號處理器15的控制信號P麗X1處于開通狀態(tài)。降壓斬波開關管2接收數(shù)字信號處理器15的控制信號P麗l將直流電源1電壓轉換為電機輸出力矩所需電壓；在電機繞組端電壓VI的作用下，導通相電樞繞組電流通過反接制動續(xù)流回路13、反接制動開關管14流回直流電源1。在電機反接制動過程中斬波調制開關管2的TV1和逆變電路9導通相開關管處于調制狀態(tài)，其調制脈動分別由LC濾波電路3和反接制動續(xù)流回路13的電感濾除。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于(l)采用由能耗制動電感1^，電阻&，二極管VD2組成的能耗制動續(xù)流回路，可有效抑制電機能耗制動中的轉矩脈動。(2)采用由反接制動續(xù)流回路與反接制動開關管組成的反接制動通路，有效抑制電機反接制動中的轉矩脈動，提高了飛輪系統(tǒng)控制特性并降低飛輪振動，保證飛輪使用壽命和驅動系統(tǒng)的可靠性。


圖1為本發(fā)明的磁懸浮反作用飛輪電機轉矩脈動抑制方法實現(xiàn)電路圖；
圖2為本發(fā)明的三相永磁無刷直流電機及控制電路主電路圖；
圖3為本發(fā)明的采用BUCK變換器的電機控制電路圖；
圖4為本發(fā)明控制算法流程圖。
具體實施例方式
磁懸浮反作用飛輪根據(jù)衛(wèi)星姿態(tài)控制信號的要求分別進行電動運行和制動運行 控制。磁懸浮反作用飛輪控制系統(tǒng)結構如圖2所示，主要由數(shù)字信號處理器15、隔離驅動功 率放大電路18、轉矩脈動抑制裝置19和電機本體20組成。其中轉矩脈動抑制電路19各部 分的連接關系如圖l所示。 直流電源1連接到降壓斬波調制開關管2的集電極，降壓斬波調制開關管2的基 極觸發(fā)信號由數(shù)字信號處理器15產生，用于控制降壓斬波調制開關管2的開通與關斷，對 直流電源1的電壓進行調制；LC濾波電路3連接到降壓斬波調制開關管2的發(fā)射極用于接 收經降壓斬波開關管2調制后的電壓，濾除附著在調制后電壓上的噪聲及高頻信號；能耗 制動電路4與LC濾波電路3和電機繞組8連接，用于調節(jié)能耗制動電流；電機繞組8接收 經LC濾波電路3濾波后的電壓并在逆變電路9的作用下控制電機運行；逆變電路9與電機 繞組8連接用于接收由數(shù)字信號處理器15產生的換相信號；調制脈動抑制電路10與逆變 電路9連接，接收由數(shù)字信號處理器15產生的脈動抑制控制信號。 能耗制動電路4由能耗制動電阻5、能耗制動續(xù)流回路6和能耗制動開關管7組 成，其中能耗制動續(xù)流回路6 —端與能耗制動電阻5相連接，另一端與能耗制動開關管7相 連接。 調制脈動抑制電路10由電動通路11和反接制動通路12組成，電動通路11和反接 制動通路12同時與逆變電路9的三個換相開關管的發(fā)射極相連，在電機電動運行過程中， 逆變電路9與電動通路11組成電流導通電路；在電機反接制動過程中，逆變電路9與反接 制動通路12組成電流導通電路。 反接制動通路12由反接制動續(xù)流回路13與反接制動開關管14組成，其中反接制 動續(xù)流回路13上端與逆變電路9的三個換相開關管的發(fā)射極相連，下端與反接制動開關管 14的集電極相連接；反接制動開關管14的基極與數(shù)字信號處理器15相連接，接收由數(shù)字 信號處理器15產生的脈動抑制控制信號，反接制動開關管14的發(fā)射極接地。
當磁懸浮反作用飛輪電機處于電動運行狀態(tài)時，數(shù)字信號處理器15根據(jù)電機轉 子的位置、速度產生七路控制信號，其中三路控制信號P麗3、P麗4、P麗5分別用于控制逆變 電路9的三個開關管TV3、TV4、TV5，實現(xiàn)電機換相，其控制頻率是由當前電機轉速確定；一 路控制信號P麗l用于控制降壓斬波調制開關管2的TV1，用于控制驅動電壓，其控制頻率 為lKHz 100KHz ;—路控制信號P麗2用于控制能耗制動開關管7的TV2，使其處于關斷狀 態(tài)；電動通路11開關管VTX0接收數(shù)字信號處理器15的控制信號P麗X0處于開通狀態(tài)；反 接制動通路12開關管VTX1接收數(shù)字信號處理器15的控制信號P麗X1處于關斷狀態(tài)。首先降壓斬波開關管2接收數(shù)字信號處理器15的控制信號P麗l將直流電源1電壓轉換為電 機輸出力矩所需電壓，經降壓斬波開關管調制后的電壓存在較大的脈動；LC濾波電路3接 收經降壓斬波開關管2調制后的電壓，將調制后附著在調制后電壓上高頻調制脈動信號濾 除，產生電機繞組端電壓V1 ;數(shù)字信號處理器15根據(jù)電機轉子的位置產生三路控制信號 P麗3、 P麗4、 P麗5分別用于控制逆變電路9的三個開關管TV3、 TV4、 TV5。在電機繞組端電 壓V1的作用下，導通相開關管通過電機繞組8和電動通路11流回直流電源1。在電機電動 過程中只有斬波調制開關管2處于調制狀態(tài)，其調制脈動由LC濾波電路3濾除。
當磁懸浮反作用飛輪電機進行制動時，電機接收姿態(tài)控制信號由高轉速開始降 速，首先進行能耗制動。此時，降壓斬波開關管2處于關斷狀態(tài)，逆變電路9各開關管只進 行換相控制不進行調制，能耗制動開關管7接收數(shù)字信號處理器15的控制信號P麗2，控制 繞組中的電流從而控制飛輪輸出力矩，數(shù)字信號處理器15的控制信號P麗2的控制頻率與 P麗l相同。 電動通路11開關管VTX0接收數(shù)字信號處理器15的控制信號P麗X0處于關斷狀 態(tài)；反接制動通路12開關管VTX1接收數(shù)字信號處理器15的控制信號P麗X1也處于關斷狀 態(tài)。由于此時電機的轉速非常高，其反電動勢值也非常高，電樞繞組中的電流反向流通，由 逆變電路9、能耗制動電路4、調制脈動抑制電路10的二極管VD7、VD8與其串聯(lián)電路組成回 路。在這一回路中只有能耗制動開關管7的TV2處于調制狀態(tài)，與其相串聯(lián)的能耗制動續(xù) 流回路6的電感可以平滑能耗制動調制電流脈動。 當磁懸浮反作用飛輪電機轉速降到比較低時，由能耗制動切換到反接制動。其切 換轉速由反電動勢系數(shù)、控制的最大電流、回路電阻確定切換轉速=(控制的最大電流* 回路電阻)/反電動勢系數(shù)。為了防止產生環(huán)流要控制飛輪電機繞組端電壓V1使其大于 反接制動階段的最大反電動勢。此電壓值可以通過控制降壓斬波開關管2的調制占空比 實現(xiàn)。逆變電路9的開關管TV3， TV4， TV5分別接收數(shù)字信號處理器15的控制信號P麗3， P麗4， P麗5，使其既進行換相控制又進行調制，以調節(jié)電機繞組中的電流從而控制磁懸浮反 作用飛輪電機輸出控制力矩，其調制的頻率與P麗l、 P麗2相同，換相的頻率由當前磁懸浮 反作用飛輪電機轉速確定。能耗制動開關管7的TV2處于關斷狀態(tài)；電動通路11開關管 VTXO接收數(shù)字信號處理器15的控制信號P麗XO處于關斷狀態(tài)；反接制動通路12開關管 VTX1接收數(shù)字信號處理器15的控制信號P麗X1處于開通狀態(tài)。降壓斬波開關管2接收數(shù) 字信號處理器15的控制信號P麗l將直流電源1電壓轉換為電機輸出力矩所需電壓；在電 機繞組端電壓V1的作用下，導通相電樞繞組電流通過調制脈動抑制電路10的反接制動續(xù) 流回路13、反接制動開關管14流回直流電源1。在電機反接制動過程中斬波調制開關管2 的TV1和逆變電路9導通相開關管處于調制狀態(tài)，其調制脈動分別由LC濾波電路3和反接 制動續(xù)流回路13的電感濾除。 磁懸浮飛輪可進行正反向運行。兩種運行方向下只是控制飛輪的換相表不同而對 于抑制轉矩脈動方面幾乎沒有差別，下面以磁懸浮飛輪正向運行為例介紹轉矩脈動抑制的 算法流程圖。如圖4所示，控制系統(tǒng)的數(shù)字信號處理器15輸出的7路P麗控制信號P麗1、 P麗2、 P麗3、 P麗4、 P麗5、 P麗XO、 P麗X1 (高有效)，分別用于控制開關管TV1、 TV2、 TV3、 TV4、 TV5、 VTXO、 VTX1的通斷。當飛輪收到力矩指令后不斷判斷力矩大小與方向，并將力矩指令 轉換為繞組電流指令。當力矩指令為正力矩時，數(shù)字信號處理器15檢測繞組電流反饋值并將繞組電流指令值與反饋值比較，經電流環(huán)PID運算得到電流環(huán)控制量，電流環(huán)控量調制 后生成P麗1信號，用于控制開關管TV1的通斷以控制飛輪輸出力矩；數(shù)字信號處理器15根 據(jù)轉子位置信號通過查詢換相表得到換相控制信號P麗3、 P麗4、 P麗5用于控制逆變器開關 管TV3、TV4、TV5的通斷以驅動飛輪旋轉。在此過程中開關管TV2、VTX1處于關斷狀態(tài)，VTXO 處于開通狀態(tài)。此時，直流電源1、降壓斬波調制開關管2、LC濾波電路3、電機繞組8、逆變 電路9和電動通路11組成通路，P麗l調制產生的電流脈動由LC濾波電路3抑制。
當控制指令為負力矩指令時，數(shù)字信號處理器15根據(jù)飛輪轉速反饋值確定飛輪 運行狀態(tài)，若飛輪轉速小于2000轉，控制系統(tǒng)進行反接制動。數(shù)字信號處理器15檢測繞組 電流反饋值與轉子位置信號，并將繞組電流指令值與反饋值比較，經電流環(huán)PID運算得到 電流環(huán)控制量，電流環(huán)控量調制后生成P麗3、 P麗4、 P麗5信號用于控制逆變器開關管TV3、 TV4、 TV5的通斷以驅動飛輪旋轉和輸出控制力矩；數(shù)字信號處理器15將繞組端電壓給定 值與反饋值比較，經電壓環(huán)PID運算得到電壓環(huán)控制量，電壓環(huán)控制量調制后生成P麗l信 號，用于控制開關管TV1的通斷以輸出恒定繞組端電壓進而防止產生環(huán)流；在此過程中，開 關管TV2、 VTX0處于關斷狀態(tài)，VTX1處于開通狀態(tài)。此時，直流電源1、降壓斬波調制開關 管2、LC濾波電路3、電機繞組8、逆變電路9和反接制動通路12組成通路。由P麗1，P麗3、 P麗4、 P麗5調制產生的電流脈動由調制脈動分別由LC濾波電路3和反接制動續(xù)流回路13 的電感濾除。 如果此時飛輪轉速大于2000控制系統(tǒng)進行能耗制動，數(shù)字信號處理器15檢測繞 組電流反饋值，并將繞組電流指令值與反饋值比較，經電流環(huán)PID運算得到電流環(huán)控制量， 電流環(huán)控量調制后生成P麗2信號，用于控制開關管TV2的通斷以控制飛輪輸出力矩；數(shù)字 信號處理器15根據(jù)轉子位置信號通過查詢換相表得到換相控制信號P麗3、P麗4、P麗5用于 控制逆變器開關管TV3、 TV4、 TV5的通斷以驅動飛輪旋轉。在此過程中，開關管TV1、 VTX0、 VTX1處于關斷狀態(tài)。此時，由電機繞組8、能耗制動電路4、電動通路ll(或反接制動通路 12)的反向二極管、逆變電路9的反向二極管組成通路。由P麗2調制產生的電流脈動由能 耗制動續(xù)流回路6的電感可以平滑。 其中能耗制動電阻5大小的選取是根據(jù)磁懸浮反作用飛輪的反電動勢與控制電 流的大小確定。能耗制動電阻值為反電動勢值/控制的電流值。能耗制動續(xù)流回路6中的 能耗制動續(xù)流電感L2選取的范圍為luH 100uH，電阻R2的范圍為0. 1 Q 1 Q ， 二極管 VD2可選為IN4148或IN5819，可以滿足要求。 其中電動通路ll的電阻1 3的選取原則與1 2相同，反接制動通路12的電感1^，電 阻R4， 二極管VD6的選取原則與能耗制動續(xù)流回路6的電感L2，電阻R2與二極管VD2相同。
由于本磁懸浮反作用飛輪電機控制系統(tǒng)為一般電機控制系統(tǒng)結構，其它未經說明 的部分為一般工程常識。
8
權利要求
一種磁懸浮反作用飛輪電機電磁轉矩脈動抑制裝置包括直流電源(1)、降壓斬波調制開關管(2)、LC濾波電路(3)、電機繞組(8)、逆變電路(9)、數(shù)字信號處理器(15)，其特征在于還包括能耗制動電路(4)和調制脈動抑制電路(10)，其中直流電源(1)與降壓斬波調制開關管(2)的集電極相連，降壓斬波調制開關管(2)的基極觸發(fā)信號由數(shù)字信號處理器(15)產生，用于控制降壓斬波調制開關管(2)的開通與關斷，對直流電源(1)的電壓進行調制；降壓斬波調制開關管(2)的發(fā)射極與LC濾波電路(3)相連，LC濾波電路(3)用于接收經降壓斬波開關管(2)調制后的電壓，濾除附著在調制后電壓上的噪聲及高頻信號；能耗制動電路(4)與LC濾波電路(3)和電機繞組(8)連接，通過調節(jié)能耗制動開關管(7)來調節(jié)能耗制動電流；電機繞組(8)接收經LC濾波電路(3)濾波后的電壓并在逆變電路(9)的作用下控制電機運行；逆變電路(9)與電機繞組(8)相連用于接收由數(shù)字信號處理器(15)產生的換相信號；調制脈動抑制電路(10)與逆變電路(9)相連，接收由數(shù)字信號處理器(15)產生的脈動抑制控制信號；數(shù)字信號處理器(15)產生七路控制信號，第一路與降壓斬波調制開關管(2)的基極相連，第二路與能耗制動開關管(7)的基極相連，第三、四、五路與逆變電路(9)相連，第六、七路與調制脈動抑制電路(10)相連。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種磁懸浮反作用飛輪電機電磁轉矩脈動抑制裝置，其特征 在于所述的能耗制動電路(4)由能耗制動電阻(5)、能耗制動續(xù)流回路(6)和能耗制動開 關管(7)組成，其中能耗制動續(xù)流回路(6) —端與能耗制動電阻(5)相連，另一端與能耗制 動開關管(7)相連，能耗制動續(xù)流回路(6)由能耗制動電感1^，電阻R2，二極管VD2組成，能 耗制動電感1^一端與能耗制動電阻(5)相連，另一端與能耗制動開關管(7)的集電極相連； 電阻R2—端與二極管V^正極相連，另一端與能耗制動開關管(7)的集電極相連；二極管 VD2正極一端與電阻相連另一端與能耗制動電阻(5)相連。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種磁懸浮反作用飛輪電機電磁轉矩脈動抑制裝置，其特征 在于所述的調制脈動抑制電路(10)由電動通路(11)和反接制動通路(12)組成，電動通 路(11)和反接制動通路(12)同時與逆變電路(9)的三個換相開關管的發(fā)射極相連，電動 通路(11)由電阻R3，開關管VTX0，二極管VD7組成，電阻R3上端與逆變電路(9)的三個換相 開關管的發(fā)射極相連，下端與開關管VTXO集電極相連；開關管VTXO的集電極與電阻1 3相 連，基極與數(shù)字信號處理器(15)相連，發(fā)射極一端與能耗制動開關管(7)的發(fā)射極相連；二 極管VD7 —端與開關管VTXO集電極相連，另一端與開關管VTX0發(fā)射極相連，在電機電動運 行過程中，電動通路(11)與逆變電路(9)組成電流導通電路；反接制動通路(12)由反接制 動續(xù)流回路(13)與反接制動開關管(14)組成，其中反接制動續(xù)流回路(13)上端與逆變電 路(9)的三個換相開關管的發(fā)射極相連，下端與反接制動開關管(14)的集電極相連接；反 接制動開關管(14)的基極與數(shù)字信號處理器(15)相連接，接收由數(shù)字信號處理器(15)產 生的脈動抑制控制信號，反接制動開關管(14)的發(fā)射極接地。在電機反接制動過程中，反 接制動通路(12)與逆變電路(9)組成電流導通電路。
全文摘要
一種磁懸浮反作用飛輪電機電磁轉矩脈動抑制裝置，用于衛(wèi)星的高精度姿態(tài)控制執(zhí)行機構——磁懸浮反作用飛輪用三相永磁無刷直流電機的控制，該裝置主要包括直流電源、降壓斬波調制開關管、LC濾波電路、能耗制動電路、電機繞組、逆變電路、調制脈動抑制電路、數(shù)字信號處理器。本發(fā)明通過一種磁懸浮反作用飛輪電機轉矩脈動抑制裝置，可以有效的抑制磁懸浮反作用飛輪電機的電磁轉矩脈動，從而保證飛輪輸出平穩(wěn)的力矩。
文檔編號H02P6/10GK101694979SQ20091023613
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月20日 優(yōu)先權日2009年10月20日
發(fā)明者劉剛, 周新秀, 房建成, 王志強 申請人:北京航空航天大學;