[发明专利]用于磁悬浮定向仪的陀螺电机转速检测电路及补偿系统

说明书

技术领域

本发明涉及磁悬浮定向仪技术领域，特别是涉及一种用于磁悬浮定向仪的陀螺电机转速检测电路及补偿系统。

背景技术

磁悬浮定向仪是一种高精度的摆式陀螺寻北仪。陀螺电机是为磁悬浮定向仪提供动量矩并使之具有陀螺效应的重要元件和敏感元件，转速的大小变化直接影响陀螺电机的角动量，影响寻北定向精度。

电机转速的控制是磁悬浮定向仪精度的重要因素。很多因素会导致无刷直流电机转速波动，引入寻北测量误差，包括电机自身结构引起的齿槽转矩影响、控制电流的非理想方波变化、电源的稳定性，都会导致电磁转矩的随机波动，从而引起转速的随机波动，因此陀螺电机的极高转速(稳速23800RPM)和转速的极高稳定性(+/-0.5RPM)是保证寻北精度的必要条件。

发明内容

为了克服上述现有技术的迫切技术需求，本发明提供了一种用于磁悬浮定向仪的陀螺电机转速检测电路及补偿系统，减小陀螺漂移，降低加速时间，提高稳速精度，能够较好地完成陀螺电机加速及稳速控制，同时还能满足陀螺定向仪快速定向的需求。

用于磁悬浮定向仪的陀螺电机转速检测电路及补偿系统，其特征在于，包括直流电源、SPWM控制电路、三相MOSFET集成驱动模块、电流采样转换电路、转速采样处理电路和数字锁相环；

电流采样转换电路的输入端连接陀螺电机的电流输出端，电流采样转换电路的输出端连接SPWM控制电路的电流输入端；转速采样处理电路的输入端连接陀螺电机转速的输出端，转速采样处理电路的输出端连接数字锁相环的输入端，数字锁相环的输出端连接SPWM控制电路的转速输入端，SPWM控制电路的输出端连接三相MOSFET集成驱动模块的控制端，三相MOSFET集成驱动模块的直流输入端连接直流电源的输出端。

进一步地，所述转速采样处理电路包括依次连接的传感驱动电路、光电传感器、放大整型电路、加速与稳定电路和隔离器；传感驱动电路用于启动光电传感器工作，光电传感器用于采集陀螺电机的转速信号，加速与稳定电路用于对转速信号进行滤波处理后，输出有效信号至放大整型电路，放大整型电路用于对转速信号进行放大和整型后输出给SPWM控制电路；所述传感驱动电路和放大整型电路设置在陀螺电机执行装置中。

进一步地，所述光电传感器包括红外发光二极管、光敏三极管及其驱动电路、编码图，编码图刻印在电机的转动组件上；电机转动时，发光二极管发出的红外光照射在电机侧面上，当侧面为黑色时，光被吸收，没有光反射到光敏三极管上，光敏三极管处于截至状态，通过微处理器进行计数得到电机的转速。

进一步地，所述加速与稳定电路包括转速采集电路、三相电流采集电路、转速与电流采集量处理模块以及速度补偿模块，转速采集电路和三相电流采集电路的输出端连接转速与电流采集量处理模块的输入端，转速与电流采集量处理模块的输出端连接速度补偿模块的输入端。

进一步地，，所述驱动电路模块输入前段采用高速双向缓冲器对PWM信号进行整形，再经高速隔离器进行隔离处理，使SPWM控制电路的PWM信号输出端与陀螺电机供电回路完全隔离。

进一步地，所述三相MOSFET集成驱动模块中的驱动电路采用MSK4300芯片，驱动电路在设计时满足以下要求：

(1)将48V直流电源接至V+(16和15引脚)和RSENSE(12和13引脚)之间；

(2)六路SPWM控制信号分别加到AH、AL、BH、BL、CH、CL六个控制引脚；

(3)给驱动控制保护电路提供的电源为15V，该电压接至VBIAS和GND两端；

(4)按要求在48V电压的正负之间和15V电压的正负之间接入电容器，且两路电压是共负端的即RSENSE和GND引脚接通；

(5)删端是MSK4300的使能端，当被置为“低”时，使模块工作；当其为“高”时则关断模块，信号由CPLD提供；

(5)三相交流电压从A、B和C三个管脚输出。

进一步地，所述SPWM控制电路包括DSP芯片和外围电路；硬件电路需要三种供电电压：1.8V、3.3V和5V；其中1.8V和3.3V分别为DSP内核和IO电压，选用DC-DC转换芯片把5V电压转变为3.3V，3.3V电压再经电阻分压得到1.8V；DSP的时钟选用30MHz晶振，通过内部5倍频，从而得到内部稳定时钟。