免费论文：磁悬浮控制力矩陀螺无刷直流低功耗控制技术

磁悬浮控制力矩陀螺是空间站等空间飞行器姿态控制系统的执行机构。控制力矩陀螺的输出力矩，由高速转子系统的角动量及外框架伺服电机的角速度决定。其中角动量由转子转动惯量以及转子角速度所决定。因此提高转子转速，可以大大减小转子系统的体积、质量。本课题结合国家民用航天科研专项“高精度轻型磁悬浮控制力矩陀螺研究”，针对高速转子系统的功耗问题，采用降压斩波的控制方式来对高速电机进行控制，此方法对于磁悬浮控制力矩陀螺的工程化具有很大的应用价值。论文的研究内容主要包括以下几个部分：(1) 高速转子系统的结构特点、运行原理及在磁悬浮控制力矩陀螺中的相关作用，研究了高速电机系统的数学模型，在Simulink中进行了相关的仿真实验。(2) 原高速电机系统采用H_ON-L_PWM的控制方式，这会在导通绕组中产生高频跳变的PWM电流分量，而高频跳变的电流分量会造成高频跳变的磁场，由此会造成较大的涡流损耗。针对这个问题，研制了基于TMS320F2812的控制系统，提出了一种降压斩波的电机控制方法：电机逆变桥只换向不调制，在逆变桥前加入一个开关电源，以对高速电机系统进行控制。采用此方式可以消除绕组中电流的高频跳变PWM分量，从而降低由高频电流分量带来的涡流损耗，实际测得采用此方法后电机功耗减少4.6W，降低了15%。(3) 在采用降压斩波的技术取得一定效果的同时，为平滑由于电机电感过小而造成的绕组中高频PWM电流分量，而将开关电源的开通频率提高至150K，从而造成整个电路系统的特性不稳等问题。针对这个问题，提出了软开关控制变换电路。此方法利用零电压开通、零电流关断来改善开关电路性能，进而增加整个系统的稳定性，在实际测试中所设计电路的特性已经基本实现。

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