專利名稱：永磁同步陀螺馬達控制方法及設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及慣性技術，特別是一種永磁同步陀螺馬達控制方法及設備。
背景技術：
目前，快速高精度陀螺尋北儀是自主定向瞄準的關鍵設備，為有效縮短定向瞄準時間，提高定向瞄準精度，必須突破快速高精度尋北技術。新型陀螺馬達控制技術是快速高精度尋北的技術難點之一，這種控制技術具有啟動快速、穩(wěn)速特性好、有源快速制動和實時相位檢測和報警等特點。在國外已有德國DMT等少數公司擁有該項技術，而在國內，該項技術的研究起步較晚，目前，國內多采用過阻尼控制方式對陀螺反饋信號進行調整，其啟動速度及穩(wěn)定性均達不到理想要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種啟動快速、穩(wěn)速特性好的永磁同步陀螺馬達控制方法及設備。為了實現上述目的，本發(fā)明提供了一種永磁同步陀螺馬達控制方法，其中，包括如下步驟a、基于滑?？刂频目焖賳硬襟E；b、實時相位檢測與數字動態(tài)校正步驟；C、有源快速制動步驟。上述的永磁同步陀螺馬達控制方法，其中，所述有源快速制動步驟包括借用啟動控制回路對陀螺馬達實施反控制律，給陀螺馬達施加大阻尼，使馬達快速制動。上述的永磁同步陀螺馬達控制方法，其中，所述基于滑?？刂频目焖賳硬襟E包括啟動死區(qū)克服步驟、高壓加速步驟和PWM動態(tài)調壓鎖相步驟。上述的永磁同步陀螺馬達控制方法，其中，所述啟動死區(qū)克服步驟包括用正反雙向晃動克服永磁陀螺馬達啟動死區(qū)，并進行有效啟動檢測，保證陀螺馬達啟動的可靠性。上述的永磁同步陀螺馬達控制方法，其中，所述高壓加速步驟包括將輸入+24V升壓至30V，同時以30V高壓加速啟動，使陀螺馬達快速加速至滑模切換平面。上述的永磁同步陀螺馬達控制方法，其中，所述PWM動態(tài)調壓鎖相步驟包括進入切換平面后，啟動鎖相回路，進行PWM動態(tài)調壓，使馬達快速鎖相。上述的永磁同步陀螺馬達控制方法，其中，所述實時相位檢測與數字動態(tài)校正步驟包括設置基頻發(fā)生器，并借助計算機技術，實時檢測陀螺馬達4倍頻信號與基頻的相位差；設置數字動態(tài)校正控制器，以陀螺馬達4倍頻信號與基頻的相位差為輸入對陀螺馬達進行動態(tài)阻尼控制，縮短相位階躍的鎖相捕獲時間，提高陀螺馬達穩(wěn)速特性。為了更好地實現上述目的，本發(fā)明還提供了一種永磁同步陀螺馬達控制設備，其中，包括基于滑模控制的快速啟動模塊、實時相位檢測與數字動態(tài)校正模塊和有源快速制動模塊。
上述的永磁同步陀螺馬達控制設備，其中，所述實時相位檢測與數字動態(tài)校正模塊包括基頻發(fā)生器和數字動態(tài)校正控制器。上述的永磁同步陀螺馬達控制設備，其中，所述基于滑?？刂频目焖賳幽K包括啟動死區(qū)克服單元、高壓加速單元和PWM動態(tài)調壓鎖相單元。本發(fā)明的技術效果在于本發(fā)明縮短了自主定向瞄準時間，提高了定向瞄準精度， 提高了系統(tǒng)生存能力、快速反應能力和精度。滑?？刂萍夹g大幅縮短了永磁同步陀螺馬達的啟動時間，通過數字動態(tài)校正技術給馬達施加動態(tài)阻尼，有效提高了陀螺馬達的動態(tài)穩(wěn)速特性，有源快速制動技術縮短了陀螺馬達的制動時間，采用可編程邏輯器件和計算機技術，在簡化電路實現馬達驅動板小型化的同時實現了陀螺馬達實時相位檢測和報警。以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。


圖1為本發(fā)明的永磁同步陀螺馬達控制方法流程圖；圖2為本發(fā)明的永磁同步陀螺馬達控制設備框圖；圖3為本發(fā)明的動態(tài)校正控制器；圖4為本發(fā)明的動態(tài)校正器的功能框圖；圖5為本發(fā)明升壓電路原理圖。其中，附圖標記Sl S3、Sll S13 步驟1基于滑?？刂频目焖賳幽K11啟動死區(qū)克服單元12高壓加速單元13PWM動態(tài)調壓鎖相單元2實時相位檢測與數字動態(tài)校正模塊3有源快速制動模塊
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的結構原理和工作原理作具體的描述參見圖1，圖1本發(fā)明的永磁同步陀螺馬達控制方法流程圖。本發(fā)明的永磁同步陀螺馬達控制方法，其中，包括如下步驟a、基于滑?？刂频目焖賳硬襟ESl ；b、實時相位檢測與數字動態(tài)校正步驟S2 ；C、有源快速制動步驟S3。其中，所述有源快速制動步驟S3包括借用啟動控制回路對陀螺馬達實施反控制律，給陀螺馬達施加大阻尼，使馬達快速制動。所述基于滑?？刂频目焖賳硬襟ESl包括啟動死區(qū)克服步驟S11、高壓加速步驟S12和PWM動態(tài)調壓鎖相步驟S13。所述啟動死區(qū)克服步驟Sll包括用正反雙向晃動克服永磁陀螺馬達啟動死區(qū)，并進行有效啟動檢測，保證陀螺馬達啟動的可靠性。
所述高壓加速步驟S12包括將輸入+24V升壓至30V，同時以30V高壓加速啟動，使陀螺馬達快速加速至滑模切換平面。所述PWM動態(tài)調壓鎖相步驟S13包括進入切換平面后，啟動鎖相回路，進行PWM動態(tài)調壓，使馬達快速鎖相。所述實時相位檢測與數字動態(tài)校正步驟S2包括設置基頻發(fā)生器，并借助計算機技術，實時檢測陀螺馬達4倍頻信號與基頻的相位差；設置數字動態(tài)校正控制器，以陀螺馬達4倍頻信號與基頻的相位差為輸入對陀螺馬達進行動態(tài)阻尼控制，縮短相位階躍的鎖相捕獲時間，提高陀螺馬達穩(wěn)速特性。參見圖2，圖2為本發(fā)明的永磁同步陀螺馬達控制設備框圖。本發(fā)明的永磁同步陀螺馬達控制設備，其中，包括基于滑?？刂频目焖賳幽K1、實時相位檢測與數字動態(tài)校正模塊2和有源快速制動模塊3。所述實時相位檢測與數字動態(tài)校正模塊2包括基頻發(fā)生器和數字動態(tài)校正控制器。參見圖3、圖4，圖3為本發(fā)明的動態(tài)校正控制器，圖4為動態(tài)校正器的功能框圖，動態(tài)校正器主要包括預濾波、校正環(huán)節(jié)和高壓驅動控制，陀螺馬達相位差信號經預濾波、校正環(huán)節(jié)后輸出高壓驅動控制信號，控制陀螺馬達的高壓驅動。所述基于滑?？刂频目焖賳幽K1包括啟動死區(qū)克服單元11、高壓加速單元 12和PWM動態(tài)調壓鎖相單元13。永磁同步陀螺馬達控制技術主要采用了滑模控制、數字動態(tài)校正和有源快速制動等技術。具體技術方案包括在永磁同步陀螺馬達控制回路中，首次采用基于滑?？刂频目焖賳蛹夹g，縮短陀螺馬達啟動時間50% ；在永磁同步陀螺馬達控制回路中，實時檢測陀螺馬達相位，采用數字動態(tài)校正技術，實現了陀螺馬達的動態(tài)阻尼，提高了陀螺馬達的動態(tài)穩(wěn)速特性；充分利用陀螺馬達啟動回路，采用有源快速制動技術，實現了陀螺馬達的快速制動；采用可編程邏輯器件，借助計算機技術，有效簡化了電路，實現馬達驅動板的小型化?；？刂萍夹g大幅縮短了永磁同步陀螺馬達的啟動時間，通過數字動態(tài)校正技術給馬達施加動態(tài)阻尼，有效提高了陀螺馬達的動態(tài)穩(wěn)速特性，有源快速制動技術縮短了陀螺馬達的制動時間，采用可編程邏輯器件和計算機技術，在簡化電路實現馬達驅動板小型化的同時實現了陀螺馬達實時相位檢測和報警。1.基于滑?？刂频目焖賳蛹夹g基于滑模控制的啟動過程主要包括啟動死區(qū)克服、30V高壓加速、PWM動態(tài)調壓鎖相三個階段。所謂滑?？刂?，即控制系統(tǒng)沿系統(tǒng)的開關線向平衡狀態(tài)逐步移動的過程，主要控制特點如下通過控制指令控制永磁陀螺馬達正反雙向晃動，使其定轉子存在相應相位差，避開陀螺馬達啟動死區(qū)，同時對馬達驅動信號進行檢測，保證陀螺馬達啟動控制信號的有效性，并通過有效的軟件控制保證陀螺馬達啟動的可靠性；參見圖5，圖5為本發(fā)明升壓電路原理圖。該電路采用DC-DC轉換模式，將輸入+24V升壓至+30V，同時以30V高壓加速啟動，使陀螺馬達快速加速至期望轉速的90 %，即滑模切換平面；進入切換平面后，啟動鎖相回路，將陀螺馬達4倍頻信號與基頻信號輸入鎖相回路，鎖相回路產生的相位差信號輸入數字動態(tài)校正器，對陀螺馬達進行PWM動態(tài)調壓。通過鎖相回路、數字動態(tài)校正器的控制將陀螺馬達4倍頻信號向基頻信號的頻率靠攏，直至使陀螺馬達快速鎖相；優(yōu)化電路設計參數，S卩加入動態(tài)校正環(huán)節(jié)，將陀螺馬達啟動控制由以前的過阻尼控制優(yōu)化為欠阻尼控制，降低了啟動過程的瞬時最大功耗；2.實時相位檢測與數字動態(tài)校正技術實時相位檢測與數字動態(tài)校正技術的主要特點如下采用可編程邏輯器件，通過硬件邏輯編程，自主設計高精度基頻發(fā)生器，并借助計算機技術，實時檢測輸入的陀螺馬達4倍頻信號與基頻信號的相位差；采用實時相位檢測與數字動態(tài)校正控制模塊2，即將陀螺馬達4倍頻信號輸入鎖相回路，鎖相回路將陀螺馬達4倍頻信號與基頻信號進行比較，產生的相位差信號輸入數字動態(tài)校正器，對陀螺馬達進行動態(tài)阻尼控制，縮短相位階躍的鎖相捕獲時間，提高陀螺馬達穩(wěn)速特性；采用可編程邏輯器件及硬件邏輯編程實現邏輯電路功能，簡化了硬件電路設計。3.有源快速制動技術有源快速制動技術的主要特點如下借用啟動控制回路對陀螺馬達實施反控制律，即通過程序控制指令，控制數字動態(tài)校正器，給陀螺馬達施加大阻尼，使馬達快速制動。本發(fā)明縮短了自主定向瞄準時間，提高了定向瞄準精度，提高了系統(tǒng)生存能力、快速反應能力和精度?；？刂萍夹g大幅縮短了永磁同步陀螺馬達的啟動時間，通過數字動態(tài)校正技術給馬達施加動態(tài)阻尼，有效提高了陀螺馬達的動態(tài)穩(wěn)速特性，有源快速制動技術縮短了陀螺馬達的制動時間，采用可編程邏輯器件和計算機技術，在簡化電路實現馬達驅動板小型化的同時實現了陀螺馬達實時相位檢測和報警。當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種永磁同步陀螺馬達控制方法，其特征在于，包括如下步驟a、基于滑?？刂频目焖賳硬襟E；b、實時相位檢測與數字動態(tài)校正步驟；C、有源快速制動步驟。
2.如權利要求1所述的永磁同步陀螺馬達控制方法，其特征在于，所述有源快速制動步驟包括借用啟動控制回路對陀螺馬達實施反控制律，給陀螺馬達施加大阻尼，使馬達快速制動。
3.如權利要求1所述的永磁同步陀螺馬達控制方法，其特征在于，所述基于滑模控制的快速啟動步驟包括啟動死區(qū)克服步驟、高壓加速步驟和PWM動態(tài)調壓鎖相步驟。
4.如權利要求3所述的永磁同步陀螺馬達控制方法，其特征在于，所述啟動死區(qū)克服步驟包括用正反雙向晃動克服永磁陀螺馬達啟動死區(qū)，并進行有效啟動檢測，保證陀螺馬達啟動的可靠性。
5.如權利要求3所述的永磁同步陀螺馬達控制方法，其特征在于，所述高壓加速步驟包括將輸入+24V升壓至30V，同時以30V高壓加速啟動，使陀螺馬達快速加速至滑模切換平
6.如權利要求3所述的永磁同步陀螺馬達控制方法，其特征在于，所述PWM動態(tài)調壓鎖相步驟包括進入切換平面后，進行PWM動態(tài)調壓，并啟動鎖相回路，使馬達快速鎖相。
7.如權利要求1所述的永磁同步陀螺馬達控制方法，其特征在于，所述實時相位檢測與數字動態(tài)校正步驟包括設置基頻發(fā)生器，并借助計算機技術，實時檢測陀螺馬達4倍頻信號與基頻的相位差；設置數字動態(tài)校正控制器，以陀螺馬達4倍頻信號與基頻的相位差為輸入對陀螺馬達進行動態(tài)阻尼控制，縮短相位階躍的鎖相捕獲時間，提高陀螺馬達穩(wěn)速特性。
8.—種永磁同步陀螺馬達控制設備，其特征在于，包括基于滑?？刂频目焖賳幽K、 實時相位檢測與數字動態(tài)校正模塊和有源快速制動模塊。
9.如權利要求9所述的永磁同步陀螺馬達控制設備，其特征在于，所述實時相位檢測與數字動態(tài)校正模塊包括基頻發(fā)生器和數字動態(tài)校正控制器。
10.如權利要求9所述的永磁同步陀螺馬達控制設備，其特征在于，所述基于滑模控制的快速啟動模塊包括啟動死區(qū)克服單元、高壓加速單元和PWM動態(tài)調壓鎖相單元。
全文摘要
一種永磁同步陀螺馬達控制方法及設備，該控制方法包括如下步驟a、基于滑模控制的快速啟動步驟；b、實時相位檢測與數字動態(tài)校正步驟；c、有源快速制動步驟。本發(fā)明縮短了自主定向瞄準時間，提高了定向瞄準精度，提高了系統(tǒng)生存能力、快速反應能力和精度?；？刂萍夹g大幅縮短了永磁同步陀螺馬達的啟動時間，通過數字動態(tài)校正技術給馬達施加動態(tài)阻尼，有效提高了陀螺馬達的動態(tài)穩(wěn)速特性，有源快速制動技術縮短了陀螺馬達的制動時間，采用可編程邏輯器件和計算機技術，在簡化電路實現馬達驅動板小型化的同時實現了陀螺馬達實時相位檢測和報警。
文檔編號H02P6/24GK102570945SQ20111036228
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權日2010年11月15日
發(fā)明者萬琦, 余祖蔭, 劉炳章, 李海洲, 賈智東, 鄭建新, 鄭懷芳 申請人:北京航天發(fā)射技術研究所