[发明专利]一种磁悬浮控制力矩陀螺高速电机无位置换相误差校正控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种磁悬浮控制力矩陀螺高速电机无位置换相误差校正控制系统及方法，采用闭环的校正方法降低无刷直流电机无位置传感器换相的误差，在电机某相导通前和关断后同样时间间隔的对称位置，分别采样该相与虚拟中性点之间的电势差，并将采样值输入到控制器中，通过控制环节输出换相补偿时间，将该时间与反电动势过零点法得到的三路实际换相信号叠加，补偿由于硬件和软件对换相精度的影响，实现了磁悬浮控制力矩陀螺高速电机的高精度无位置换相控制。

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮控制力矩陀螺高速电机无位置换相误差自校正控制系统及方法，用于磁悬浮控制力矩陀螺高速电机无位置传感器高精度换相。

背景技术

磁悬浮控制力矩陀螺高速电机采用磁悬浮轴承的弹性支承，具有高精度、长寿命的优点，是惯性执行机构的发展方向之一，其高速电机的驱动电机为无刷直流电机。传统无刷直流电机多为有传感器检测位置进行换相，位置传感器的安装精度对电动机的运行性能有较大的影响，相对增加了生产工艺的难度，影响惯性执行机构的可靠性，无刷直流电机无位置传感器技术可以避免上述缺点。

反电动势过零点法时是无刷直流电机无位置控制的一种很常见的方法，但是这种方法由于硬件和软件等原因会造成一定的换相延时，易产生非导通相续流等现象，导致高速电机的功耗增加、可靠性降低。目前无刷直流电机的换相补偿多为查表补偿、开环补偿等，实时性不高，相关参数变化时不能及时补偿，而一般的智能补偿闭环方法复杂、计算量大，占用的CPU资源较多。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对无刷直流电机无位置传感器控制换相误差补偿问题，在常见的反电动势过零点方法基础上，提出一种磁悬浮控制力矩陀螺高速电机无位置换相误差自校正控制系统及方法，补偿反电动势过零点法的换相误差，提高了换相精度。

本发明的技术解决方案是：一种磁悬浮控制力矩陀螺高速电机无位置换相误差校正控制系统，包括稳压直流电源(1)、全桥电路(2)、无刷直流电机(3)、反电动势过零点信号提取电路(4)、数字控制器(6)、A/D转换电路(7)，其特点在于还包括：端电压与虚拟中性点压差信号提取电路(5)；无刷直流电机(3)的三相相电压输入到反电动势过零点信号提取电路(4)中，反电动势过零点信号提取电路(4)通过三路相电压与第一个虚拟中性点比较得到电机三相反电动势过零点信号，将这三路信号输入到数字控制器(6)中；将无刷直流电机(3)三路相电压输入到端电压与虚拟中性点压差信号提取电路(5)中，端电压与虚拟中性点压差信号提取电路(5)将一路相电压与第二个虚拟中性点做差分运算，得到误差校正反馈信号输入到数字控制器(6)中；在数字控制器(6)中通过延时将三路反电动势信号变为电机换相信号；误差校正反馈信号经过换相误差补偿计算模块输出换相误差校正时间，将换相误差校正时间与三路电机换相信号叠加控制电机换相，实现精准换相。

所述端电压与虚拟中性点压差信号提取电路(5)包括：虚拟中性点电路，差分电路；虚拟中性点电路将三路相电压通过电阻网输出第二路虚拟中性点信号；差分电路将某相电压与第二路虚拟中性点信号做差分运算输出误差校正反馈信号。

所述的数字控制器(6)由FPGA组成，其中FPGA包括PWM生成模块、A/D接口模块、反电动势过零点延时模块、换相误差补偿计算模块组成；反电动势过零点延时模块将输入的过零点信号延时30°，产生三路换相信号；在相应采样时刻，A/D接口模块将端电压与虚拟中性点压差信号提取电路(5)输出的误差校正反馈信号进行多次平滑滤波，计算相邻两次采样平滑后的电压差值后，将取得的电压差输入到换相误差补偿计算模块中计算出补偿时间，将补偿时间与三路换相信号叠加，弥补反电动势过零点法的换相误差，经输出的6路PWM信号控制电机精准换相。