一种高速永磁无刷直流电机锁相稳速控制系统

摘要

一种高速永磁无刷直流电动机锁相稳速控制系统，可作为卫星、空间站等航天器高精度姿态控制执行机构的高速驱动电机的高精度稳速控制，它主要由锁相环速度控制器、数字低通滤波器、功率放大器、永磁无刷直流电动机、霍尔效应转子位置传感器组成，锁相技术在高精度高速永磁无刷直流电机速度控制方面具有独特的优势，当电机转速的反馈信号和参考频率信号同步时，转速的稳态精度可达0.02％～0.1％，这是常规的调速系统所不具备的。本发明通过低精度的霍尔效应转子位置传感器获得转速反馈，实现了磁悬浮控制力矩陀螺用高速永磁无刷直流电机的高精度稳速控制。

主权项

一种高速永磁无刷直流电机锁相稳速控制系统，其特征在于包括：锁相环速度控制器(1)、数字低通滤波器(2)、功率放大器(3)、永磁无刷直流电动机(4)、霍尔效应转子位置传感器(5)，锁相环速度控制器(1)包括单稳态频压变换器(6)、积分器(7)、重积分器(8)，用于产生速度误差、速度积分误差和速度重积分误差三种误差，再将这三种误差相加后提供给数字低通滤波(2)，由其滤除高频噪声后的输出信号作为功率放大器(3)的输入信号，功率放大器(3)由换向逻辑和PWM驱动信号对永磁无刷直流电动机(4)进行驱动和调速，在永磁无刷直流电动机(4)稳速过程中，霍尔效应转子位置传感器(5)检测输出的位置信号、转速信号分别用于换向和为锁相环速度控制器(1)提供转速反馈；所述的锁相环速度控制器(1)的硬件由数字信号处理器DSP、存储器、数字I/O模块、PWM模块组成，数字I/O对来自霍尔效应转子位置传感器(5)的信号进行转子位置和速度的检测，经运算和修正作为锁相环速度控制器(1)的速度反馈信号，并与速度参考信号相减得到锁相环速度控制器(1)的输入信号；锁相算法经DSP运算后的输出量，经数字低通滤波器(2)和功率放大器(3)生成速度控制量，与PWM波形发生模块的比较寄存器的值进行比较生成PWM波形，通过改变PWM的占空比来调节转子转速；所述的锁相算法首先初始化锁相稳速控制系统的参数，检测电机转速，计算转速差，然后计算单稳态频压转换器(6)、积分器(7)和重积分器(8)的输出量，将三个环节的输出值求和，计算数字低通滤波器(2)的输出量，最后将低通滤波器的输出量送给PWM模块产生调制信号控制电机的转速。