[发明专利]一种卫星天线指向机构数字控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星天线指向机构数字控制系统，该系统具有高集成度、小体积、低功耗、高可靠性的优点，适用于卫星天线高精度指向控制。

背景技术

指向机构是卫星天线的运动执行机构，在整星系统中占有重要的地位。目前随着我国大型通信卫星、中继卫星技术的发展，对卫星天线指向机构数字控制系统的精度、寿命、可靠性方面提出了更高的要求。因此，设计一种具有高精度、高集成度、高可靠性的指向机构数字控制系统迫在眉睫。国内的不少单位对指向机构技术的发展进行了许多有益的探索，有的方案已经实现了工程化，甚至是产品化。目前已有的控制系统基于单片机，但由于单片机的运算速率低、计算位数少，可以实现的功能非常有限，越来越难满足未来指向机构控制系统的发展要求。而基于DSP+FPGA的数字控制系统，因为增加了控制芯片、配置芯片和大量的存储芯片，使得系统的可靠性下降且系统功耗也随之增大。单片FPGA一般适合于控制逻辑的搭建，而运算能力却非常有限，难以实现复杂的运算。而且，现有的数字控制器只能作为电机驱动的控制器，还需要专门的位置检测模块和芯片，不能做到位置检测传感器和控制器的集合。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术不足，提供一种集成度高、体积和功耗低，且能保证较高指向精度的的卫星天线指向机构的数字控制系统。

本发明的技术解决方案：一种卫星天线指向机构数字控制系统，其特征在于包括：二次电源变换模块、功率模块、三相绕组检测电路、同步电机、旋转变压器、检测电路、霍尔效应转子位置传感器、激磁模块、解码模块、星载28V电源、电源转换芯片、PWM驱动电路、DSP控制器、通信模块；星载28V电源通过二次电源变换模块和电源转换芯片得到DSP控制器外设和内核所需要电源，及通信模块、激磁模块、解码模块所需要的电源；同时星载28V电源经过二次电源模块给功率模块供电；同步电机输出轴与旋转变压器转子同轴安装；同步电机的转子位置信号经过霍尔效应转子位置传感器送入DSP控制器中；在三相绕组检测电路中调制成0～3V，将电阻电压通过检测电路，输入到DSP控制器中，转化为绕组电流信号；工作时首先上位机通过通信模块给DSP控制器发送位置指令，与此同时DSP控制器输出两路频率恒定、相位相差180度且按正半周期正弦规律变化的PWM波，两路信号经过激磁模块的滤波、整流和差动放大后，输出频率恒定，幅值正弦规律变化的激磁信号送入旋转变压器；旋转变压器感应出两路粗级和两路精级信号其中由粗级线圈感应出的输出电压信号为粗级信号，由精级线圈感应出的电压信号为精级信号，这四路信号经过解码模块滤波、整形、AD转换后送入DSP控制器，然后由DSP控制器经过滤波、解算、补偿、纠错后得到最终的输出轴位置信号；DSP控制器将接收到的上位机发出位置指令和解算得到的输出轴位置进行比对，当输出轴位置等于上位机给定的位置指令时，DSP控制器没有PWM信号输出，PWM驱动电路和功率模块不工作；当输出轴位置偏离上位机指令位置时，DSP控制器通过霍尔效应转子位置传感器得到的同步电机转子位置信号，结合三相绕组电流检测电路测得的三相绕组电流，经过电机矢量控制解算得到六路PWM驱动信号，输出到PWM驱动电路和功率模块驱动电机工作，完成同步电机矢量控制电流闭环和输出轴位置信号的位置闭环控制，控制卫星天线指向机构的高精度运行。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过单片DSP控制器与其它相关器件配合完成了位置检测和电机驱动地功能。而其他控制方式只能实现电机驱动，还需要辅助位置检测芯片和外围电路，与之相比，本发明集成度大大提高，使得控制系统的体积和功耗都大大减少，降低了控制器功耗，且能保证较高的指向精度，特别适用于航空航天等对功耗有严格要求的领域。

(2)本发明利用DSP控制器高精度PWM、高精度转换芯片和软件解码方法，实现了鉴幅式角位置测角。减少了硬件电路的数量和规模，并保证了解码精度。

(3)本发明采用的是鉴幅式角位置测角方法，这种测角方法对控制系统波形质量有着很高的要求。为了提高输入到旋转变压器激磁波形的质量，DSP控制器给激磁信号输出最高优先级别，且采用高精度PWM输出。为了获取较高的解码精度，选用位数高的AD转换芯片，并采用硬件滤波电路补偿方法，通过鉴幅式轴角解码方法得到最终的位置信号，且保证了位置信号的精度。

(4)本发明由于将位置检测与电机驱动功能集成，大大减少了芯片数量和电路的规模，且电机驱动采用中心对称的六路PWM波，减少了系统开关损耗，从而使得本发明的体积和低功耗更进一步减小。