专利名称：永磁同步陀螺马达控制方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及惯性技术，特别是一种永磁同步陀螺马达控制方法及设备。
背景技术：
目前，快速高精度陀螺寻北仪是自主定向瞄准的关键设备，为有效缩短定向瞄准时间，提高定向瞄准精度，必须突破快速高精度寻北技术。新型陀螺马达控制技术是快速高精度寻北的技术难点之一，这种控制技术具有启动快速、稳速特性好、有源快速制动和实时相位检测和报警等特点。在国外已有德国DMT等少数公司拥有该项技术，而在国内，该项技术的研究起步较晚，目前，国内多采用过阻尼控制方式对陀螺反馈信号进行调整，其启动速度及稳定性均达不到理想要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种启动快速、稳速特性好的永磁同步陀螺马达控制方法及设备。为了实现上述目的，本发明提供了一种永磁同步陀螺马达控制方法，其中，包括如下步骤a、基于滑模控制的快速启动步骤；b、实时相位检测与数字动态校正步骤；C、有源快速制动步骤。上述的永磁同步陀螺马达控制方法，其中，所述有源快速制动步骤包括借用启动控制回路对陀螺马达实施反控制律，给陀螺马达施加大阻尼，使马达快速制动。上述的永磁同步陀螺马达控制方法，其中，所述基于滑模控制的快速启动步骤包括启动死区克服步骤、高压加速步骤和PWM动态调压锁相步骤。上述的永磁同步陀螺马达控制方法，其中，所述启动死区克服步骤包括用正反双向晃动克服永磁陀螺马达启动死区，并进行有效启动检测，保证陀螺马达启动的可靠性。上述的永磁同步陀螺马达控制方法，其中，所述高压加速步骤包括将输入+24V升压至30V，同时以30V高压加速启动，使陀螺马达快速加速至滑模切换平面。上述的永磁同步陀螺马达控制方法，其中，所述PWM动态调压锁相步骤包括进入切换平面后，启动锁相回路，进行PWM动态调压，使马达快速锁相。上述的永磁同步陀螺马达控制方法，其中，所述实时相位检测与数字动态校正步骤包括设置基频发生器，并借助计算机技术，实时检测陀螺马达4倍频信号与基频的相位差；设置数字动态校正控制器，以陀螺马达4倍频信号与基频的相位差为输入对陀螺马达进行动态阻尼控制，缩短相位阶跃的锁相捕获时间，提高陀螺马达稳速特性。为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种永磁同步陀螺马达控制设备，其中，包括基于滑模控制的快速启动模块、实时相位检测与数字动态校正模块和有源快速制动模块。
上述的永磁同步陀螺马达控制设备，其中，所述实时相位检测与数字动态校正模块包括基频发生器和数字动态校正控制器。上述的永磁同步陀螺马达控制设备，其中，所述基于滑模控制的快速启动模块包括启动死区克服单元、高压加速单元和PWM动态调压锁相单元。本发明的技术效果在于本发明缩短了自主定向瞄准时间，提高了定向瞄准精度， 提高了系统生存能力、快速反应能力和精度。滑模控制技术大幅缩短了永磁同步陀螺马达的启动时间，通过数字动态校正技术给马达施加动态阻尼，有效提高了陀螺马达的动态稳速特性，有源快速制动技术缩短了陀螺马达的制动时间，采用可编程逻辑器件和计算机技术，在简化电路实现马达驱动板小型化的同时实现了陀螺马达实时相位检测和报警。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1为本发明的永磁同步陀螺马达控制方法流程图；图2为本发明的永磁同步陀螺马达控制设备框图；图3为本发明的动态校正控制器；图4为本发明的动态校正器的功能框图；图5为本发明升压电路原理图。其中，附图标记Sl S3、Sll S13 步骤1基于滑模控制的快速启动模块11启动死区克服单元12高压加速单元13PWM动态调压锁相单元2实时相位检测与数字动态校正模块3有源快速制动模块
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述参见图1，图1本发明的永磁同步陀螺马达控制方法流程图。本发明的永磁同步陀螺马达控制方法，其中，包括如下步骤a、基于滑模控制的快速启动步骤Sl ；b、实时相位检测与数字动态校正步骤S2 ；C、有源快速制动步骤S3。其中，所述有源快速制动步骤S3包括借用启动控制回路对陀螺马达实施反控制律，给陀螺马达施加大阻尼，使马达快速制动。所述基于滑模控制的快速启动步骤Sl包括启动死区克服步骤S11、高压加速步骤S12和PWM动态调压锁相步骤S13。所述启动死区克服步骤Sll包括用正反双向晃动克服永磁陀螺马达启动死区，并进行有效启动检测，保证陀螺马达启动的可靠性。
所述高压加速步骤S12包括将输入+24V升压至30V，同时以30V高压加速启动，使陀螺马达快速加速至滑模切换平面。所述PWM动态调压锁相步骤S13包括进入切换平面后，启动锁相回路，进行PWM动态调压，使马达快速锁相。所述实时相位检测与数字动态校正步骤S2包括设置基频发生器，并借助计算机技术，实时检测陀螺马达4倍频信号与基频的相位差；设置数字动态校正控制器，以陀螺马达4倍频信号与基频的相位差为输入对陀螺马达进行动态阻尼控制，缩短相位阶跃的锁相捕获时间，提高陀螺马达稳速特性。参见图2，图2为本发明的永磁同步陀螺马达控制设备框图。本发明的永磁同步陀螺马达控制设备，其中，包括基于滑模控制的快速启动模块1、实时相位检测与数字动态校正模块2和有源快速制动模块3。所述实时相位检测与数字动态校正模块2包括基频发生器和数字动态校正控制器。参见图3、图4，图3为本发明的动态校正控制器，图4为动态校正器的功能框图，动态校正器主要包括预滤波、校正环节和高压驱动控制，陀螺马达相位差信号经预滤波、校正环节后输出高压驱动控制信号，控制陀螺马达的高压驱动。所述基于滑模控制的快速启动模块1包括启动死区克服单元11、高压加速单元 12和PWM动态调压锁相单元13。永磁同步陀螺马达控制技术主要采用了滑模控制、数字动态校正和有源快速制动等技术。具体技术方案包括在永磁同步陀螺马达控制回路中，首次采用基于滑模控制的快速启动技术，缩短陀螺马达启动时间50% ；在永磁同步陀螺马达控制回路中，实时检测陀螺马达相位，采用数字动态校正技术，实现了陀螺马达的动态阻尼，提高了陀螺马达的动态稳速特性；充分利用陀螺马达启动回路，采用有源快速制动技术，实现了陀螺马达的快速制动；采用可编程逻辑器件，借助计算机技术，有效简化了电路，实现马达驱动板的小型化。滑模控制技术大幅缩短了永磁同步陀螺马达的启动时间，通过数字动态校正技术给马达施加动态阻尼，有效提高了陀螺马达的动态稳速特性，有源快速制动技术缩短了陀螺马达的制动时间，采用可编程逻辑器件和计算机技术，在简化电路实现马达驱动板小型化的同时实现了陀螺马达实时相位检测和报警。1.基于滑模控制的快速启动技术基于滑模控制的启动过程主要包括启动死区克服、30V高压加速、PWM动态调压锁相三个阶段。所谓滑模控制，即控制系统沿系统的开关线向平衡状态逐步移动的过程，主要控制特点如下通过控制指令控制永磁陀螺马达正反双向晃动，使其定转子存在相应相位差，避开陀螺马达启动死区，同时对马达驱动信号进行检测，保证陀螺马达启动控制信号的有效性，并通过有效的软件控制保证陀螺马达启动的可靠性；参见图5，图5为本发明升压电路原理图。该电路采用DC-DC转换模式，将输入+24V升压至+30V，同时以30V高压加速启动，使陀螺马达快速加速至期望转速的90 %，即滑模切换平面；进入切换平面后，启动锁相回路，将陀螺马达4倍频信号与基频信号输入锁相回路，锁相回路产生的相位差信号输入数字动态校正器，对陀螺马达进行PWM动态调压。通过锁相回路、数字动态校正器的控制将陀螺马达4倍频信号向基频信号的频率靠拢，直至使陀螺马达快速锁相；优化电路设计参数，S卩加入动态校正环节，将陀螺马达启动控制由以前的过阻尼控制优化为欠阻尼控制，降低了启动过程的瞬时最大功耗；2.实时相位检测与数字动态校正技术实时相位检测与数字动态校正技术的主要特点如下采用可编程逻辑器件，通过硬件逻辑编程，自主设计高精度基频发生器，并借助计算机技术，实时检测输入的陀螺马达4倍频信号与基频信号的相位差；采用实时相位检测与数字动态校正控制模块2，即将陀螺马达4倍频信号输入锁相回路，锁相回路将陀螺马达4倍频信号与基频信号进行比较，产生的相位差信号输入数字动态校正器，对陀螺马达进行动态阻尼控制，缩短相位阶跃的锁相捕获时间，提高陀螺马达稳速特性；采用可编程逻辑器件及硬件逻辑编程实现逻辑电路功能，简化了硬件电路设计。3.有源快速制动技术有源快速制动技术的主要特点如下借用启动控制回路对陀螺马达实施反控制律，即通过程序控制指令，控制数字动态校正器，给陀螺马达施加大阻尼，使马达快速制动。本发明缩短了自主定向瞄准时间，提高了定向瞄准精度，提高了系统生存能力、快速反应能力和精度。滑模控制技术大幅缩短了永磁同步陀螺马达的启动时间，通过数字动态校正技术给马达施加动态阻尼，有效提高了陀螺马达的动态稳速特性，有源快速制动技术缩短了陀螺马达的制动时间，采用可编程逻辑器件和计算机技术，在简化电路实现马达驱动板小型化的同时实现了陀螺马达实时相位检测和报警。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种永磁同步陀螺马达控制方法，其特征在于，包括如下步骤a、基于滑模控制的快速启动步骤；b、实时相位检测与数字动态校正步骤；C、有源快速制动步骤。
2.如权利要求1所述的永磁同步陀螺马达控制方法，其特征在于，所述有源快速制动步骤包括借用启动控制回路对陀螺马达实施反控制律，给陀螺马达施加大阻尼，使马达快速制动。
3.如权利要求1所述的永磁同步陀螺马达控制方法，其特征在于，所述基于滑模控制的快速启动步骤包括启动死区克服步骤、高压加速步骤和PWM动态调压锁相步骤。
4.如权利要求3所述的永磁同步陀螺马达控制方法，其特征在于，所述启动死区克服步骤包括用正反双向晃动克服永磁陀螺马达启动死区，并进行有效启动检测，保证陀螺马达启动的可靠性。
5.如权利要求3所述的永磁同步陀螺马达控制方法，其特征在于，所述高压加速步骤包括将输入+24V升压至30V，同时以30V高压加速启动，使陀螺马达快速加速至滑模切换平
6.如权利要求3所述的永磁同步陀螺马达控制方法，其特征在于，所述PWM动态调压锁相步骤包括进入切换平面后，进行PWM动态调压，并启动锁相回路，使马达快速锁相。
7.如权利要求1所述的永磁同步陀螺马达控制方法，其特征在于，所述实时相位检测与数字动态校正步骤包括设置基频发生器，并借助计算机技术，实时检测陀螺马达4倍频信号与基频的相位差；设置数字动态校正控制器，以陀螺马达4倍频信号与基频的相位差为输入对陀螺马达进行动态阻尼控制，缩短相位阶跃的锁相捕获时间，提高陀螺马达稳速特性。
8.—种永磁同步陀螺马达控制设备，其特征在于，包括基于滑模控制的快速启动模块、 实时相位检测与数字动态校正模块和有源快速制动模块。
9.如权利要求9所述的永磁同步陀螺马达控制设备，其特征在于，所述实时相位检测与数字动态校正模块包括基频发生器和数字动态校正控制器。
10.如权利要求9所述的永磁同步陀螺马达控制设备，其特征在于，所述基于滑模控制的快速启动模块包括启动死区克服单元、高压加速单元和PWM动态调压锁相单元。
全文摘要
一种永磁同步陀螺马达控制方法及设备，该控制方法包括如下步骤a、基于滑模控制的快速启动步骤；b、实时相位检测与数字动态校正步骤；c、有源快速制动步骤。本发明缩短了自主定向瞄准时间，提高了定向瞄准精度，提高了系统生存能力、快速反应能力和精度。滑模控制技术大幅缩短了永磁同步陀螺马达的启动时间，通过数字动态校正技术给马达施加动态阻尼，有效提高了陀螺马达的动态稳速特性，有源快速制动技术缩短了陀螺马达的制动时间，采用可编程逻辑器件和计算机技术，在简化电路实现马达驱动板小型化的同时实现了陀螺马达实时相位检测和报警。
文档编号H02P6/24GK102570945SQ20111036228
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月15日 优先权日2010年11月15日
发明者万琦, 余祖荫, 刘炳章, 李海洲, 贾智东, 郑建新, 郑怀芳 申请人:北京航天发射技术研究所