本發(fā)明涉及航天系統(tǒng)大型太陽翼驅(qū)動控制技術(shù)，特別涉及一種基于fpga控制的以永磁同步電機(jī)作為航天器太陽翼驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前的航天系統(tǒng)里，無論是飛船還是衛(wèi)星，維持其在軌正常運(yùn)行的主要動力為電能，而太陽翼是實(shí)現(xiàn)太陽光能到電能轉(zhuǎn)換的重要能量源。太陽翼翼展的大小主要由飛船或衛(wèi)星的供電需求決定。以往的太陽翼翼展大多為幾米或者十幾米長，其主要的驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)為直流無刷電機(jī)，控制核心由單片機(jī)、dsp或者fpga組成，電機(jī)的功率驅(qū)動模塊大多由分立的三極管和mos管器件搭建而成，位置檢測傳感器主要為霍爾傳感器或脈沖編碼器。

但是，對于上述技術(shù)中，太陽翼翼展相對較小，以直流無刷電機(jī)作為太陽翼驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在輸出同樣力矩情況下體積和功耗都較大，且低速控制精度較差，無法滿足目前大型太陽翼（翼展約30米）大力矩、高精度的控制要求。同時，由分立器件搭建的電機(jī)功率驅(qū)動模塊體積較大，重量較大，使用受限；另外，霍爾傳感器和脈沖編碼器在位置檢測精度和抗干擾性能方面表現(xiàn)一般。因此，針對全新的大型太陽翼，對其驅(qū)動控制無法直接使用目前已有的技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種航天器太陽翼永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)解決現(xiàn)有太陽翼驅(qū)動控制技術(shù)不能滿足航天器大型太陽翼大力矩、高精度、抗干擾、集成化的驅(qū)動控制問題的目的。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種航天器太陽翼永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，包含：fpga核心控制模塊；與所述fpga核心控制模塊做信息交互的制動器和離合器驅(qū)動控制模塊、永磁同步電機(jī)集成功率驅(qū)動模塊、電流采集及保護(hù)模塊以及位置旋轉(zhuǎn)變壓器激磁和解碼模塊；所述航天器太陽翼永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)進(jìn)一步設(shè)有永磁同步電機(jī)，其通過旋轉(zhuǎn)變壓器、制動器和離合器與航天器的太陽翼連接；所述制動器和離合器驅(qū)動控制模塊與制動器和離合器連接；所述永磁同步電機(jī)集成功率驅(qū)動模塊和電流采集及保護(hù)模塊分別與所述永磁同步電機(jī)連接；所述位置旋轉(zhuǎn)變壓器激磁和解碼模塊和所述旋轉(zhuǎn)變壓器連接。

優(yōu)選地，所述fpga核心控制模塊接收計算機(jī)發(fā)送的總線指令和/或外部硬線指令并根據(jù)所述指令采用空間電壓矢量控制算法生成并輸出pwm信號。所述fpga核心控制模塊接收電流采集及保護(hù)模塊采集的所述永磁同步電機(jī)的兩相電流并反饋給所述fpga核心控制模塊，位置旋轉(zhuǎn)變壓器激磁和解碼模塊采集的對日定向太陽翼旋轉(zhuǎn)角度的狀態(tài)信號，以及制動器和離合器驅(qū)動控制模塊采集的所述制動器和離合器的加斷電工作狀態(tài)信號。所述fpga核心控制模塊根據(jù)計算機(jī)發(fā)送的總線指令或者硬線指令，同時結(jié)合制動器和離合器的加斷電工作狀態(tài)信號向所述制動器和離合器驅(qū)動控制模塊發(fā)送制動器離合器加斷電控制指令。

優(yōu)選地，永磁同步電機(jī)集成功率驅(qū)動模塊接收所述pwm信號產(chǎn)生三相交流逆變信號用于驅(qū)動控制永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)動。

優(yōu)選地，所述永磁同步電機(jī)集成功率驅(qū)動模塊采用單個集成的功率驅(qū)動模塊，直接接收所述pwm信號。

優(yōu)選地，電流采集及保護(hù)模塊，其采集通過所述三相交流逆變信號驅(qū)動永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)動后的永磁同步電機(jī)中的兩相電流與總電流；其中，將所述兩相電流反饋給與之連接的fpga核心控制模塊用于控制；將所述總電流與預(yù)先設(shè)置的電流保護(hù)值進(jìn)行滯回比較，當(dāng)所述總電流超出預(yù)先設(shè)置的電流保護(hù)值時，向與之連接的fpga核心控制模塊發(fā)送過流信號。所述fpga核心控制模塊接收所述過流信號，控制切斷所述永磁同步電機(jī)集成功率驅(qū)動模塊的輸出。

優(yōu)選地，位置旋轉(zhuǎn)變壓器激磁和解碼模塊產(chǎn)生經(jīng)功率放大的激磁信號并輸出；旋轉(zhuǎn)變壓器，其接收所述激磁信號并輸出所述太陽翼的位置狀態(tài)信號，以及向所述位置旋轉(zhuǎn)變壓器激磁和解碼模塊反饋與激磁信號同頻的正余弦信號；所述位置旋轉(zhuǎn)變壓器激磁和解碼模塊對正余弦信號進(jìn)行解碼，向fpga核心控制模塊反饋經(jīng)解碼得到的對日定向太陽翼旋轉(zhuǎn)角度的狀態(tài)信號；

所述fpga核心控制模塊接收并通過總線和/或外部硬線將所述狀態(tài)信號向計算機(jī)反饋。

優(yōu)選地，制動器和離合器驅(qū)動控制模塊會根據(jù)所述fpga核心控制模塊輸出的制動器離合器加斷電控制指令對制動器和離合器的線圈進(jìn)行加斷電驅(qū)動控制，并實(shí)時獲取所述制動器和離合器的加斷電工作狀態(tài)，然后向所述fpga核心控制模塊反饋。

優(yōu)選地，所述離合器負(fù)責(zé)太陽翼與永磁同步電機(jī)的傳動連接，所述制動器負(fù)責(zé)太陽翼與永磁同步電機(jī)的傳動制動，進(jìn)而控制太陽翼的力矩。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明采用fpga具有高效的數(shù)據(jù)采集處理速度；采用永磁同步電機(jī)作為大型太陽翼驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有力矩大、功率密度高、低速控制精度高的優(yōu)點(diǎn)；采用永磁同步電機(jī)集成功率驅(qū)動模塊可以有效減小體積和重量；使用位置旋轉(zhuǎn)變壓器具有精度高和抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種航天器太陽翼永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，通過詳細(xì)說明一個較佳的具體實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。

如圖1所示，本發(fā)明一種基于fpga控制的航天器太陽翼永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，包含：fpga核心控制模塊1；與所述fpga核心控制模塊1做信息交互的制動器和離合器驅(qū)動控制模塊2、永磁同步電機(jī)集成功率驅(qū)動模塊3、電流采集及保護(hù)模塊4以及位置旋轉(zhuǎn)變壓器激磁和解碼模塊5。

所述航天器太陽翼永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)進(jìn)一步設(shè)有永磁同步電機(jī)6，其通過旋轉(zhuǎn)變壓器7、制動器和離合器8與航天器的太陽翼9連接；所述制動器和離合器驅(qū)動控制模塊2與制動器和離合器8連接；所述永磁同步電機(jī)集成功率驅(qū)動模塊3和電流采集及保護(hù)模塊4分別與所述永磁同步電機(jī)連接6；所述位置旋轉(zhuǎn)變壓器激磁和解碼模塊5和所述旋轉(zhuǎn)變壓器7連接。

所述fpga核心控制模塊1，其接收通過計算機(jī)發(fā)送的總線指令和/或外部硬線指令并根據(jù)所述指令采用空間電壓矢量控制算法生成pwm信號以及輸出制動器離合器加斷電控制信號。

所述fpga核心控制模塊1通過所述pwm信號驅(qū)使永磁同步電機(jī)集成功率驅(qū)動模塊3產(chǎn)生三相交流逆變信號用于驅(qū)動控制永磁同步電機(jī)6轉(zhuǎn)動。所述永磁同步電機(jī)集成功率驅(qū)動模塊3采用單個集成的功率驅(qū)動模塊，可以直接接收所述pwm信號。

電流采集及保護(hù)模塊4，其采集所述永磁同步電機(jī)集成功率驅(qū)動模塊3產(chǎn)生三相交流逆變信號中的兩相電流與總電流，將所述兩相電流反饋給與之連接的fpga核心控制模塊1。

所述電流采集及保護(hù)模塊4將所述總電流與預(yù)先設(shè)置的電流保護(hù)值進(jìn)行滯回比較，當(dāng)所述總電流超出預(yù)先設(shè)置的電流保護(hù)值時，向與之連接的fpga核心控制模塊1發(fā)送過流信號。

所述fpga核心控制模塊1接收所述過流信號，控制切斷所述永磁同步電機(jī)集成功率驅(qū)動模塊3的輸出，完成過流保護(hù)。

位置旋轉(zhuǎn)變壓器激磁和解碼模塊5，其產(chǎn)生經(jīng)功率放大的激磁信號并輸出；外部旋轉(zhuǎn)變壓器7，其接收所述位置旋轉(zhuǎn)變壓器激磁和解碼模塊5輸出的激磁信號，并向所述位置旋轉(zhuǎn)變壓器激磁和解碼模塊5反饋與激磁信號同頻的正余弦信號。

所述位置旋轉(zhuǎn)變壓器激磁和解碼模塊5對正余弦信號進(jìn)行解碼，向fpga核心控制模塊1反饋經(jīng)解碼得到的對日定向太陽翼9運(yùn)動旋轉(zhuǎn)位置角度的狀態(tài)信號。所述fpga核心控制模塊1接收所述狀態(tài)信號并通過總線和/或外部硬線向計算機(jī)反饋。

所述fpga核心控制模塊1通過所述制動器離合器加斷電控制信號驅(qū)使制動器和離合器驅(qū)動控制模塊2對制動器和離合器8的線圈進(jìn)行加斷電驅(qū)動控制，并實(shí)時獲取所述制動器和離合器8的加斷電工作狀態(tài)。

所述制動器和離合器8中的離合器負(fù)責(zé)太陽翼9與永磁同步電機(jī)6的傳動連接，所述制動器和離合器8中的制動器負(fù)責(zé)太陽翼9與永磁同步電機(jī)6的傳動制動，進(jìn)而控制太陽翼9的力矩。

由于所述fpga核心控制模塊1即可以接收總線指令，又可以接收外部硬線指令因此具有可靠的冗余機(jī)制。

綜上所述，本發(fā)明中的fpga核心控制模塊接收計算機(jī)模塊發(fā)來的總線指令或者外部的硬線指令，完成指令的解析和綜合處理。fpga核心控制模塊根據(jù)上述的電流采集和保護(hù)模塊采集的電流值、位置旋轉(zhuǎn)變壓器激磁和解碼模塊采集的太陽翼旋轉(zhuǎn)角度和制動器離合器的工作狀態(tài)信息完成永磁同步電機(jī)的電流/力矩閉環(huán)控制。

所述fpga核心控制模塊可以實(shí)現(xiàn)指令接收、信息綜合處理和永磁同步電機(jī)空間電壓矢量控制算法等，較單片機(jī)和dsp具有高效的并行數(shù)據(jù)處理速度；所述永磁同步電機(jī)集成功率驅(qū)動模塊可以明顯減小由分立器件搭建的永磁同步電機(jī)功率驅(qū)動模塊的體積、重量；所述電流采集及保護(hù)模塊負(fù)責(zé)采集永磁同步電機(jī)兩相電流和電機(jī)總電流，用于電流控制和過流保護(hù)；所述位置旋轉(zhuǎn)變壓器激磁和解碼模塊負(fù)責(zé)采集太陽翼旋轉(zhuǎn)角度，較霍爾傳感器和脈沖編碼器具有高精度和抗干擾的優(yōu)點(diǎn)；所述制動器和離合器驅(qū)動控制模塊根據(jù)太陽翼動作和到位狀態(tài)負(fù)責(zé)永磁同步電機(jī)和太陽翼裝置的驅(qū)動連接和制動。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。