专利名称：H调制陀螺电机功率吸收控制电路的制作方法
技术领域：
本发明属于惯性仪表技术领域，特别是一种H调制陀螺电机功率吸收控制电路。
背景技术：
H调制陀螺仪是液浮陀螺仪中的高精度陀螺仪，其基本要求是周期性地改变陀螺仪的动量矩(H)，一般采用双转速调节方案，即让陀螺仪周期性地工作在高、低两种转速，其动量矩也相应地在H1、H2两种状态间周期性切换。满足上述要求的陀螺电机一般选用无刷直流永磁电机，其转速可以在不同频率下自由切换。电机转速的变化带来电机负载功率的变化，电机的负载功率与电机的转速成正比，转速高时负载功率大，转速低时负载功率小，电机的负载功率在陀螺仪内部最终都转变为热能，负载功率的差异导致陀螺仪内部温度梯度增大，温度梯度是影响陀螺仪精度的重要因素之一，所以H调制陀螺仪不允许电机在不同转速时负载功率有明显差异。传统的电路不能解决电机转速变化时带来电机功率的变化，电机功率的变化影响了 H调制陀螺仪的漂移稳定性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种H调制陀螺电机功率吸收控制电路，解决了在H调制状态下陀螺电机功率不一致的问题，满足了陀螺仪对结构简单、体积小、启动稳定可靠的要求。本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的一种H调制陀螺电机功率吸收控制电路，包括PWM逆变模块、电机专用控制器、FPGA、锁相环、启动控制模块、移相控制电路和校正网络，电机专用控制器的信号输入端与电机相连接获取电机三相反电势信号，电机专用控制器的控制端与启动控制模块相连接，电机专用控制器输出一个6倍转速频率的等占空比信号Votit和六路相位互差60°信号，该等占空比信号νωυτ信号及基准信号分别连接到锁相环电路的输入端，该锁相环对这两个信号进行相位和频率对比并输出一个频率和相位可调信号fwt，该相位可调信号f；ut、六路相位互差60°信号输入给FPGA，移相控制电路通过同步开关K连接到FPGA输入端，FPGA对输入的信号进行分析处理输出控制信号，该控制信号通过校正网络校正后连接到PWM逆变模块从而完成对电机定子绕组供电的控制功能。而且，所述的基准信号由带温度补偿的高稳定度石英晶体振荡器生成。而且，所述的电机专用控制器采用ML4528控制器，所述的FPGA采用EP3C20芯片。本发明的优点和积极效果是本发明利用专用电机控制器结合FPGA可编程逻辑阵列，再配以其它的外围电路，不仅使得H调制陀螺电机启动可靠、转速稳定(实测转速长期稳定度达I X IO-6),而且解决了 H调制状态下电机的功率差异大的问题，采用本发明前高转速时的功率是低转速时的I. 8倍，采用本发明后高转速时的功率是低转速时的I. I倍，解决了由于H调制带来的陀螺仪内部温度梯度大的问题，满足了陀螺仪对结构简单、体积小、启动稳定可靠的要求，可广泛应用于惯性技术控制领域。
图I是本发明的电路方框图；图2是H调制状态正常工作时的反电势波形示意图；图3是H调制状态加入功率吸收电路的反电势波形示意图。
具体实施例方式以下结合附图对发明做进一步详述一种H调制陀螺电机功率吸收控制电路，如图I所示，包括PWM逆变模块、电机专用控制器、FPGA、锁相环、启动控制模块、基准信号、移相控制电路和校正网络。在本实施例 中，电机专用控制器采用ML4528控制器，FPGA采用EP3C20芯片，基准信号由带温度补偿的高稳定度石英晶体振荡器生成。电机专用控制器ML4528的信号输入端与电机相连接获取电机三相反电势信号，ML4528的控制端与启动控制模块相连接并由其控制启动工作，该ML4528控制器完成反电势过零点的检测并对反电势信号计算、处理后输出一个6倍转速频率的等占空比信号Vam和六路相位互差60°信号P1、P2、P3、NI、N2、N3，该等占空比信号Vam信号与基准信号分别连接到锁相环电路的输入端，该锁相环对这两个信号进行相位和频率对比并输出一个频率和相位可调信号fwt，该可调信号就是PWM的基本信号，该相位可调信号f；ut与P1、P2、P3、NI、N2、N3信号输入给FPGA，同时，移相控制电路通过一个与H调制转速切换的同步开关K连接到FPGA输入端，同步开关K控制在低速时将移相控制电路接入到FPGA上。FPGA对输入的信号进行分析处理，通过其内部强大的可编程逻辑资源灵活地实现各种逻辑功能并输出控制信号，FPGA输出的控制信号与校正网络相连接，由校正网络对控制信号进行校正，校正后的控制信号能够满足H调制陀螺仪高转速稳定度的要求，通过校正网络校正后的控制信号连接到PWM逆变模块从而完成对电机定子绕组供电的控制功能。由于H调制陀螺仪要求电机及控制电路结构简单、工作可靠，因此绝对不能有位置传感器。本控制电路采用电机反电势信号做为转子位置信号，其基本控制原理为取三相反电势信号做为转子位置信号，对反电势信号进行处理、变换，得到与转子磁极相对应的逻辑控制信号，该信号控制功放单元的导通与关断，从而完成对电机定子绕组供电的开环控制。为了实现高转速稳定度，本控制电路采用了脉冲调宽锁相控制方案。外供直流电压幅值不变，通过调整脉冲宽度达到控制转速的目的。与电机的反电势相关的信号经过处理后与频率稳定性非常高的基准信号进行频率及相位比较，当电机的旋转频率低于基准信号频率时，导通角最大，电机加速运转；当电机的旋转频率高于基准信号频率时，导通角为零，即不供给电机绕组电压，电机自由滑行减速；只有当电机的旋转频率等于基准信号的频率时，锁相环输出宽度为二者相位差值的方波信号，电机进入锁相同步状态，电机的转速锁定在基准信号频率上。由无刷直流永磁电机的数学模型知道它是一个二阶系统，该系统虽然是一个稳定系统，但是它的稳定性受到系统阻尼系数的影响，要达到H调制陀螺仪高转速稳定度的要求必须加入系统校正环节。下面对本H调制陀螺电机功率吸收控制电路进行理论分析电机的负载功率P由四部分组成，PzP^+PjPjP。，其中Pai为绕组的铜耗，Pm。为轴承的摩擦力矩对应的功率，Pfz为转子的风阻力矩对应的功率，Ptj为铁损和其它杂散损耗，对于无铁芯定子永磁电机而言不存在铁损，其它杂散损耗也比较小，Ptj可以忽略。轴承的摩擦力矩Pm。与电机的转速成正比，转子的风阻力矩Pfz与转速的平方成正比，所以H调制时低转速的负载功率低于高转速时的功率，要保持功率基本一致，需要在绕组电流方面想办法。电机绕组相电流I1= (U1-E1VR,其中U1是外加直流电压，E1是同步状态下的反电势，R是系统回路电阻，正常情况下希望外电压加在反电势的最高点，以获得最大力矩系数，而H调制低转速时要求恰相反，希望减小力矩系数，在满足电磁力矩的条件下增大绕组电流，从而增大绕组铜耗，由此抵消负载力矩下降带来的功率变化，根据电机的具体结构、转速的高低、夕卜电压的幅值等参数计算出所需要的电流值及外加电压的相位。没有加功率吸收电路前H调制电机的反电势、外电压波形图见图2，无论在高速还是低速时外电压均加在反电势的最高点，此时电机的力矩系数最大、效率最高，H调制低速时加入功率吸收电路后反电势、外电压的波形图见图3，高速时外电压加在反电势最高点，而低速时外电压加在反电势的次高点，以减小力矩系数、增大电流，提高低速时电机的功率。具体实施方法计算出H调制高速和低速时电机的负载功率，求出二者的差值，根据差值计算出H调制低速时绕组电流值I，根据公式
权利要求
1.一种H调制陀螺电机功率吸收控制电路，其特征在于包括PWM逆变模块、电机专用控制器、FPGA、锁相环、启动控制模块、移相控制电路和校正网络，电机专用控制器的信号输入端与电机相连接获取电机三相反电势信号，电机专用控制器的控制端与启动控制模块相连接，电机专用控制器输出一个6倍转速频率的等占空比信号Vc-和六路相位互差60°信号，该等占空比信号νωυτ信号及基准信号分别连接到锁相环电路的输入端，该锁相环对这两个信号进行相位和频率对比并输出一个频率和相位可调信号fwt，该相位可调信号fwt、六路相位互差60°信号输入给FPGA，移相控制电路通过同步开关K连接到FPGA输入端，FPGA对输入的信号进行分析处理输出控制信号，该控制信号通过校正网络校正后连接到PWM逆变模块从而完成对电机定子绕组供电的控制功能。
2.根据权利要求I所述的H调制陀螺电机功率吸收控制电路，其特征在于所述的基准信号由带温度补偿的高稳定度石英晶体振荡器生成。
3.根据权利要求I所述的H调制陀螺电机功率吸收控制电路，其特征在于所述的电机专用控制器采用ML4528控制器，所述的FPGA采用EP3C20芯片。
全文摘要
本发明涉及一种H调制陀螺电机功率吸收控制电路，其主要技术特点是电机专用控制器的信号输入端与电机相连接获取电机三相反电势信号，电机专用控制器输出一个6倍转速频率的等占空比信号VCOUT和六路相位互差60°信号，该等占空比信号VCOUT信号及基准信号分别连接到锁相环电路的输入端，该锁相环输出频率和相位可调信号fout，该fout、六路相位互差60°信号输入给FPGA，FPGA对输入的信号进行分析处理输出控制信号，该控制信号通过校正网络校正后连接到PWM逆变模块从而完成对电机定子绕组供电的控制功能。本发明使得H调制陀螺电机启动可靠、转速稳定，解决了H调制状态下电机的功率差异大以及陀螺仪内部温度梯度大的问题，可广泛应用于惯性技术控制领域。
文档编号H02P6/00GK102882445SQ20121035606
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月21日 优先权日2012年9月21日
发明者杨凤英, 李德才, 陈金来, 王德鸿, 张群, 忽敏学 申请人:中国船舶重工集团公司第七0七研究所