一種小型化反作用飛輪控制電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及衛(wèi)星控制技術，為解決減輕控制電路的重量和體積，本發(fā)明公開一種小型化反作用飛輪控制電路，其包括AD轉換器、電機驅動電路、電流采集電路、通信接口電路，在通信接口電路與電機驅動電路之間設有一個FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片的一端與通信接口電路相連，另一端分別與電機驅動電路、AD轉換器、光電編碼器相連通。本發(fā)明電路把多個模塊集成在一片F(xiàn)PGA芯片上,實現(xiàn)了控制電路小型化。控制電路通過修改FPGA芯片軟件的方法實現(xiàn)控制參數(shù)的更改，從而使反作用飛輪控制電路適應各種規(guī)格飛輪通用的需求。
【專利說明】一種小型化反作用飛輪控制電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星控制技術，尤其是用于衛(wèi)星的反作用飛輪控制電路，屬于一種小型化、通用化的衛(wèi)星反作用飛輪控制電路。
【背景技術】
[0002]目前，在衛(wèi)星上用的反作用飛輪控制電路大多數(shù)包括光電編碼器采集電路、單片機處理器電路、單片機接口電路、電機控制器。控制電路包括電流環(huán)和速度環(huán)，這種反作用飛輪控制電路體積大，通用性差。特別是在一體式反作用飛輪中運用有局限，為了達到反作用飛輪輕量化的目的就得縮小控制電路的體積。為滿足各種需求，反作用飛輪需形成多種角動量系列的產(chǎn)品，以往的設計不同角動量的反作用飛輪就需要對應一種反作用飛輪控制器電路，費時費力，因此需要研制通用的反作用飛輪控制器電路。
[0003]

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種小型化反作用飛輪控制電路，它能夠有效地減輕反作用飛輪的重量和體積，能夠提高反作用飛輪的控制性能。
[0005]為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的一種小型化反作用飛輪控制電路，包括AD轉換器、電機驅動電路、電流采集電路、通信接口電路，電流采集電路的一端與電機驅動電路相連，另一端與AD轉換器相連，電機驅動電路通過直流無刷電機與光電編碼器相連通，通信接口電路與上位機相連接，所述的控制電路在通信接口電路與電機驅動電路之間設有一個FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片的一端與通信接口電路相連，另一端分別與電機驅動電路、AD轉換器、光電編碼器相連通。
[0006]所述的FPGA芯片包括電機控制模塊、電流采集模塊、脈沖采集模塊、控制計算模塊、通信收發(fā)模塊，控制計算模塊分別與電機控制模塊、電流采集模塊、脈沖采集模塊、通信收發(fā)模塊相連接；FPGA芯片中的電機控制模塊與電機驅動電路相連通，構成電機控制和驅動電路；FPGA芯片中的電流采集模塊與AD轉換器、電流采集電路相連通，構成電機電流采集電路；FPGA芯片中的脈沖采集模塊采集輸入的光電編碼器信號，構成位置信號輸入電路；FPGA芯片中的通信收發(fā)模塊與通信接口電路構成通信電路；控制計算模塊完成所有控制計算，將模塊集成在一片F(xiàn)PGA芯片上，以減少控制電路芯片數(shù)量，達到壓縮體積的目的。
[0007]所述的飛輪控制電路還包括電流環(huán)，電流環(huán)由電機控制模塊、電機驅動電路、電流采集電路、AD轉換器、電流采集模塊、控制計算模塊構成。電流環(huán)的控制參數(shù)在FPGA芯片上調整，修改FPGA芯片程序來修改電流環(huán)控制參數(shù)，使電流環(huán)在不同角動量的反作用飛輪中通用。
[0008]所述的飛輪控制電路還包括速度環(huán)，速度環(huán)由脈沖采集模塊、控制計算模塊、通信收發(fā)模塊、通信接口電路、電流環(huán)構成。速度環(huán)的控制參數(shù)在FPGA芯片上調整，修改FPGA芯片程序來修改電流環(huán)控制參數(shù)，使速度環(huán)在不同角動量的反作用飛輪中通用。[0009]本發(fā)明采用一個FPGA芯片替代了現(xiàn)有的復雜電路與現(xiàn)有技術相比，其優(yōu)點和有益效果是:
改進后的控制電路只用一個FPGA芯片，減少了控制電路芯片數(shù)量，使反作用飛輪控制電路體積壓縮、重量減輕、具有小型化；
控制電路采用FPGA芯片功能提高、通用性增強；
采用電流環(huán)、速度環(huán)雙環(huán)控制的反作用飛輪控制電路，使電流環(huán)、速度環(huán)在不同角動量的反作用飛輪中通用。
[0010]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]以下將結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。
[0012]圖1是本發(fā)明反作用飛輪控制電路的結構框圖。
[0013]圖中，AD轉換器1、電機驅動電路2、電流采集電路3、電機控制模塊4、電流采集模塊5、脈沖采集模塊6、控制計算模塊7、通信收發(fā)模塊8、通信接口電路9、FPGA芯片10。
【具體實施方式】
[0014]如圖1所示，是本發(fā)明反作用飛輪控制電路結構框圖，控制電路包括AD轉換器1、電機驅動電路2、電流采集電路3、通信接口電路9，電流采集電路3的一端與電機驅動電路2相連，另一端與AD轉換器I相連，電機驅動電路2通過直流無刷電機與光電編碼器相連通，通信接口電路9與上位機相連接，在通信接口電路9與電機驅動電路2之間置有一個FPGA芯片10，F(xiàn)PGA芯片10的一端與通信接口電路9相連，另一端分別與電機驅動電路2、AD轉換器1、光電編碼器相連通。
[0015]FPGA芯片10包括電機控制模塊4、電流采集模塊5、脈沖采集模塊6、控制計算模塊7、通信收發(fā)模塊8，控制計算模塊7分別與電機控制模塊4、電流采集模塊5、脈沖采集模塊6、通信收發(fā)模塊8相連接；FPGA芯片10中的電機控制模塊4與電機驅動電路2相連通，構成電機控制和驅動電路；FPGA芯片10中的電流采集模塊5與AD轉換器1、電流采集電路3相連通，構成電機電流采集電路；FPGA芯片10中的脈沖采集模塊6采集輸入的光電編碼器信號，構成位置信號輸入電路；FPGA芯片10中的通信收發(fā)模塊8與通信接口電路9構成通信電路；控制計算模塊7完成所有控制計算。將模塊集成在一片F(xiàn)PGA芯片10上，通過硬件描述語言來描述各個模塊的功能，以減少控制電路芯片數(shù)量，達到壓縮體積的目的。
[0016]飛輪控制電路還包括電流環(huán)，電流環(huán)由電機控制模塊4、電機驅動電路2、電流采集電路3、AD轉換器1、電流采集模塊5、控制計算模塊7構成。電流環(huán)采用比例積分控制算法，控制算法需調整比例系數(shù)和積分系數(shù)來使電流環(huán)適應相應的電機參數(shù)。比例系數(shù)和積分系數(shù)都通過FPGA芯片10的程序來修改，電流環(huán)的控制參數(shù)在FPGA芯片10上調整，修改FPGA芯片10的程序來修改電流環(huán)控制參數(shù)，使電流環(huán)在不同角動量的反作用飛輪中通用。
[0017]飛輪控制電路還包括速度環(huán)，速度環(huán)由脈沖采集模塊6、控制計算模塊7、通信收發(fā)模塊8、通信接口電路9、電流環(huán)11構成。速度環(huán)采用比例積分控制算法，控制算法需調整比例系數(shù)和積分系數(shù)來使速度環(huán)適應相應的電機參數(shù)。比例系數(shù)和積分系數(shù)都通過FPGA程序來修改，速度環(huán)的控制參數(shù)在FPGA芯片上調整，修改FPGA芯片程序來修改電流環(huán)控制參數(shù)，使速度環(huán)在不同角動量的反作用飛輪中通用。
【權利要求】
1.一種小型化反作用飛輪控制電路，包括AD轉換器[I]、電機驅動電路[2]、電流采集電路[3]、通信接口電路[9]，電流采集電路[3]的一端與電機驅動電路[2]相連，另一端與AD轉換器[I]相連，電機驅動電路[2]通過直流無刷電機與光電編碼器相連通，通信接口電路[9]與上位機相連接，其特征在于: 一個FPGA芯片[10]設于通信接口電路[9]與電機驅動電路[2]之間，F(xiàn)PGA芯片[10]的一端與通信接口電路[9]相連，另一端分別與電機驅動電路[2]、AD轉換器[I]、光電編碼器相連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的反作用飛輪控制電路，其特征在于:所述的FPGA芯片[10]包括電機控制模塊[4]、電流采集模塊[5]、脈沖采集模塊[6]、控制計算模塊[7]、通信收發(fā)模塊[8]，控制計算模塊[7]分別與電機控制模塊[4]、電流采集模塊[5]、脈沖采集模塊[6]、通信收發(fā)模塊[8]相連接； 電機控制模塊[4]與電機驅動電路[2]相連通，構成電機控制和驅動電路； 電流采集模塊[5]與AD轉換器[I]、電流采集電路[3]相連通，構成電機電流采集電路； 脈沖采集模塊[6]采集輸入的光電編碼器信號，構成位置信號輸入電路； 通信收發(fā)模塊[8]與通信接口電路[9]相連通，構成通信電路。
3.根據(jù)權利要求1所述的反作用飛輪控制電路，其特征在于: 所述的反作用飛輪控制電路還包括電流環(huán)，電流環(huán)由電機控制模塊[4]、電機驅動電路[2]、電流采集電路[3]、AD轉換器[I]、電流采集模塊[5]、控制計算模塊[7]構成。
4.根據(jù)權利要求1至3任一項所述的反作用飛輪控制電路，其特征在于: 所述的反作用飛輪控制電路還包括速度環(huán)，速度環(huán)由脈沖采集模塊[6]、控制計算模塊[7]、通信收發(fā)模塊[8]、通信接口電路[9]、電流環(huán)[11]構成。
【文檔編號】G05B19/042GK103853075SQ201210501237
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年11月30日 優(yōu)先權日:2012年11月30日
【發(fā)明者】趙萬良, 周華俊, 王勇 申請人:上海航天控制工程研究所