专利名称：一种基于高频脉冲信号的无刷直流电机的控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于高频脉冲信号的无刷直流电机的控制器，属于电机控制领 域。
背景技术：
在卫星光通信系统中，在进行通信之前，须对发射光场信号进行接收，即接收机的 探测器必须接收到发射的调制光场。为此，须使被发射的光场正确地对准光接收机，同时， 接收机探测器也需要根据发射光场的发射方向进行适当调整，使发射机瞄准在卫星确定方 向的范围内的过程称为瞄准。对入射光束进行扫描、搜索的过程称为捕获。通信中保持两 卫星间光信号始终处在对准状态过程称为跟踪。由于光场的光束很窄、传输距离又很长，因此，上述的瞄准、捕获和跟踪的问题变 得尤其突出。带有转台的光通信终端机构中通常会采用直流无刷电机，在空间中经常存在 低温、真空等环境条件，这些因素有时会引起冷焊或者终端回转机构的静摩擦阻力增大的 现象，而这些都将对终端中转台的摩擦力矩产生影响，一般是指终端的控制输出会因此而 呈现非线性和不连续状态，这样就会使控制精度和终端稳定度变差。而对于光通信终端工 作时的要求的控制精度来讲，这样就会给调试和正常工作时带来影响。目前对于这些影响的处理方法是一般采用将静摩擦带来的控制死区进行“抠除”， 然而这样的做法就会损失了一部分的控制可用输出，并且又会带来使控制的输出呈现不连 续状态，进而造成能量利用低、控制范围小、精度不高的问题，不利于对终端进行稳定控制。
发明内容
本发明目的是为了解决现有采用抠除控制死区的方法控制直流无刷电机存在损 失部分控制输出，进而造成能量利用低、控制范围小、精度不高的问题，提供了一种基于高 频脉冲信号的无刷直流电机的控制器。本发明所述一种基于高频脉冲信号的无刷直流电机的控制器，它包括位置PID控 制模块、速度PID控制模块、高频脉冲控制器、角位置测量单元和反馈速度获取模块，角位置测量单元用于测量无刷直流电机输出轴的角位置信号，反馈速度获取模块 用于将角位置测量单元输出的电机真实角位置信号处理，并输出电机真实速度信号；高频 脉冲控制器用于产生高频脉冲信号；给定位置输入信号与所述电机真实角位置信号的比较值作为位置PID控制模块 的输入信号，该信号经位置PID控制模块调节后的输出信号与所述电机真实速度信号的比 较值作为速度PID控制模块的输入信号，该信号经速度PID控制模块调节后的输出信号与 所述高频脉冲信号的叠加信号作为直流无刷电机的控制信号输出。本发明的优点本发明所述控制器对位置控制终端中的转台进行“动态润滑”，克 服转台的静态摩擦，使得控制器的输出无死区，提高终端转台的控制范围和精度。并且保证 了控制输出的连续性，使得控制效果平滑，稳定。
图1是带有死区的控制量输出曲线图；图2是连续输出的控制量曲线图；图3是本发明装置的电气原理示意图；图4是高频脉冲控制器的电气原理示意图；图5是高频脉冲信号波形图；图6是加载高频脉冲信号后直流无刷电机的控制曲线图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式所述的一种基 于高频脉冲信号的无刷直流电机的控制器，它包括位置PID控制模块1、速度PID控制模块 2、高频脉冲控制器3、角位置测量单元4和反馈速度获取模块5，角位置测量单元4用于测量无刷直流电机输出轴的角位置信号，反馈速度获取模 块5用于将角位置测量单元4输出的电机真实角位置信号处理，并输出电机真实速度信号； 高频脉冲控制器用于产生高频脉冲信号；给定位置输入信号与所述电机真实角位置信号的比较值作为位置PID控制模块1 的输入信号，该信号经位置PID控制模块1调节后的输出信号与所述电机真实速度信号的 比较值作为速度PID控制模块2的输入信号，该信号经速度PID控制模块2调节后的输出 信号与所述高频脉冲信号的叠加信号作为直流无刷电机的控制信号输出。本实施方式采用双闭环控制，位置、速度双闭环输出叠加高频脉冲，对光点终端转 台的轴承进行动态“润滑”，达到补偿了摩擦力矩的效果，从而保证了控制器的输出的线性 度，使得控制器的输出由图4中不连续的情况变为图5所示，连续，这样在设计控制器时的 冗余量会增加。本实施方式所述控制器的开发环境为嵌入式开发环境CCS3. 3。高频脉冲控制器3包括计算机3-1、仿真器3-2、DSP数字信号处理器3_3和数/ 模转换模块3-4，计算机3-1的输出端与仿真器3-2的输入端相连，仿真器3-2的输出端与 DSP数字信号处理器3-3的输入端相连，DSP数字信号处理器3-3的输出端与数/模转换模 块3-4的输入端相连，数/模转换模块3-4的输出端输出高频脉冲信号。仿真器3-2采用TI公司生产的TDS510仿真器。DSP数字信号处理器3-3采用TI公司生产的TMS320F2812 DSP芯片。数/模转换模块3-4采用BB公司生产的DAC7625芯片。角位置测量单元4采用光电编码器。反馈速度获取模块5获取电机真实速度的过程为连续采样角位置测量单元4获取的电机真实角度信号，并利用下述公式获取电机 真实速度Vi
Θ — θ λV1-=————，
T其中，T为采样周期，
5
θ i为时刻i的电机真实角度信号，θ η为时刻i-Ι的电机真实角度信号。所述高频脉冲信号的频率在IOOHz 500Hz之间；所述高频脉冲信号的幅值
权利要求
1.一种基于高频脉冲信号的无刷直流电机的控制器，其特征在于它包括位置PID控 制模块(1)、速度PID控制模块O)、高频脉冲控制器(3)、角位置测量单元(4)和反馈速度 获取模块(5)，角位置测量单元(4)用于测量无刷直流电机输出轴的角位置信号，反馈速度获取模块 (5)用于将角位置测量单元(4)输出的电机真实角位置信号处理，并输出电机真实速度信 号；高频脉冲控制器用于产生高频脉冲信号；给定位置输入信号与所述电机真实角位置信号的比较值作为位置PID控制模块(1)的 输入信号，该信号经位置PID控制模块(1)调节后的输出信号与所述电机真实速度信号的 比较值作为速度PID控制模块O)的输入信号，该信号经速度PID控制模块(2)调节后的 输出信号与所述高频脉冲信号的叠加信号作为直流无刷电机的控制信号输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于高频脉冲信号的无刷直流电机的控制器，其特征在 于高频脉冲控制器C3)包括计算机(3-1)、仿真器(31)、DSP数字信号处理器(3- 和数 /模转换模块(3-4)，计算机(3-1)的输出端与仿真器(3-2)的输入端相连，仿真器(3-2) 的输出端与DSP数字信号处理器(3-3)的输入端相连，DSP数字信号处理器(3-3)的输出 端与数/模转换模块(3-4)的输入端相连，数/模转换模块(3-4)的输出端输出高频脉冲 信号。
3.根据权利要求2所述的一种基于高频脉冲信号的无刷直流电机的控制器，其特征在 于仿真器(3- 采用TDS510仿真器。
4.根据权利要求2所述的一种基于高频脉冲信号的无刷直流电机的控制器，其特征在 于DSP数字信号处理器(3-3)采用TMS320F2812型DSP芯片实现。
5.根据权利要求2所述的一种基于高频脉冲信号的无刷直流电机的控制器，其特征在 于数/模转换模块(3-4)采用DAC7625型芯片实现。
6.根据权利要求1所述的一种基于高频脉冲信号的无刷直流电机的控制器，其特征在 于角位置测量单元(4)采用光电编码器。
7.根据权利要求1所述的一种基于高频脉冲信号的无刷直流电机的控制器，其特征在 于反馈速度获取模块( 获取电机真实速度的过程为连续采样角位置测量单元(4)获取的电机真实角度信号，并利用下述公式获取电机真 实速度Vi Gi - hv.=—-—1T‘其中，τ为采样周期，θ i为时刻i的电机真实角度信号，θ i !为时刻i_l的电机真实角度信号。
8.根据权利要求1所述的一种基于高频脉冲信号的无刷直流电机的控制器，其特征在 于所述高频脉冲信号的频率在IOOHz 500Hz之间；所述高频脉冲信号的幅值= <，其中，Δ t表示工作周期，er为当前角度误差量，即给定位置输入信号与所述电机真实角度信号的比较值。
全文摘要
一种基于高频脉冲信号的无刷直流电机的控制器，属于电机控制领域，本发明为解决现有采用抠除控制死区的方法控制直流无刷电机存在损失部分控制输出，进而造成能量利用低、控制范围小、精度不高的问题。本发明所述控制器的角位置测量单元用于测量电机角位置，反馈速度获取模块用于将角位置测量单元输出的电机真实角位置信号处理，并输出电机真实速度信号；高频脉冲控制器用于产生高频脉冲信号；给定位置输入信号与真实角位置信号的比较值作为位置PID控制模块的输入信号，该信号经位置PID调节后与电机真实速度信号的比较值作为速度PID控制模块的输入信号，该信号经PID调节后与高频脉冲信号的叠加信号作为直流无刷电机的控制信号输出。
文档编号H02P6/08GK102064754SQ201010606590
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者于思源, 付森, 王强, 谭立英, 韩琦琦, 马晶 申请人:哈尔滨工业大学