一种大力矩飞轮控制系统及减速控制方法与流程

本发明涉及电机控制，尤其是涉及一种大力矩飞轮控制系统及减速控制方法。

背景技术：

1、随着科技发展，卫星已经开始规模化服务于军事和人民的生活，不同作用的卫星已经发送到太空中。随着商业航天越来越发展，搭载的载荷越来越多，卫星开始从小卫星向大卫星转变，而卫星采用的反作用飞轮也要求越来越大。越大的反作用飞轮带来越大的转动惯量和更大的动能，在减速的时候，尤其是在飞轮高速运转的情况下进行减速时，如何将庞大的动能消耗并在短时间内将运转速度降至目标转速是一个至关重要的问题，这将决定卫星是否能够进行高精度控制的关键。

2、现有的反作用飞轮主要采用三相无刷电机进行控制，三相无刷电机的控制主要采用六步换相法，根据三相无刷电机的三根霍尔线确定有六个状态，从而确定无刷电机三相的导通顺序，上述通过六步换相控制法控制的电机控制电路不能采集到高转速、大力矩飞轮在减速过程中因反电动势产生的电流，使得高转速、大力矩飞轮的减速控制不精准，而且会对电机造成损坏。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明申请提出了一种大力矩飞轮控制系统及减速控制方法，可使大力矩飞轮在高速旋转情况下的减速控制更精准。

2、本发明一方面提供了一种大力矩飞轮控制系统，包括电源模块、控制模块、电机驱动模块、电流采样模块和三相无刷电机，三相无刷电机通过电机驱动模块与电源模块连接，电机驱动模块、电流采样模块以及三相无刷电机均与控制模块连接，其中：

3、电源模块用于在三相无刷电机运转过程中提供电源；

4、电流采样模块用于采集三相无刷电机在运转过程中的电流信号，并将采样电流信号发送至控制模块；

5、控制模块用于获取三相无刷电机的实时转速和采样电流信号，根据实时转速、目标转速以及采样电流信号确定控制信号；

6、电机驱动模块用于接收控制模块发送的控制信号并控制对应开关的导通或断开，从而控制三相无刷电机运转。

7、优选地，电机驱动模块具体为三相半桥电路，电源模块通过三相半桥电路与三相无刷电机连接。

8、优选地，电流采样模块具体为三个电流采样电阻和adc模数转换器，三个采样电阻分别和adc模数转换器连接，adc模数转换器和控制模块连接，三个电流采样电阻分别设置在三相半桥电路的每个桥臂上，adc模数转换器通过采集流经三个电流采样电阻的电流信号来获取流经三相无刷电机的采样电流信号，并将采样电流信号发送至控制模块。

9、优选地，大力矩飞轮控制系统还包括电压泄放模块，电压泄放模块设于三相半桥电路和电流采样模块之间，电压泄放模块用于释放三相无刷电机在减速过程中因反电动势引起的电压。

10、优选地，电压泄放模块包括pmos管和与pmos管连接的泄放电阻，三相无刷电机在减速过程中因反电动势引起的电压可通过pmos管和泄放电阻进行释放。

11、优选地，大力矩飞轮控制系统还包括二极管，二极管的正极与pmos管的栅极连接，其节点与电源模块的正极连接，二极管的负极与pmos管的源极连接。

12、本发明另一方面提供了一种大力矩飞轮减速控制方法，该方法包括如下步骤：

13、s1、预设三相无刷电机的目标转速，在三相无刷电机处于运转状态时向控制模块发送减速指令；

14、s2、控制模块接收减速指令和目标转速，控制模块控制电机驱动模块断开三相无刷电机处于运转状态时对应电流回路上的开关，电源模块停止供电，三相无刷电机开始减速；

15、s3、控制模块获取三相无刷电机的实时转速，判断实时转速是否达到目标转速，若实时转速未达到目标转速，执行步骤s4，否则，执行步骤s10；

16、s4、控制模块发出减速控制信号，电机驱动模块接收减速控制信号并控制开关导通或断开，利用三相无刷电机自身的反电动势产生的电流进行减速；

17、s5、电流采样模块采集电机驱动模块上开关导通或断开时形成的电流回路中流经三相无刷电机的电流信号，并将采样电流信号发送至控制模块；

18、s6、控制模块接收采样电流信号，通过pid计算对应开关的导通占空比，并输出pwm控制信号对相应开关进行导通占空比控制；

19、s7、根据对应开关的导通占空比判断是否满足反接制动条件，若满足反接制动条件，执行步骤s8，否则，执行步骤s3；

20、s8、控制模块发出反接制动控制信号，电机驱动模块接收反接制动控制信号并控制对应开关导通，此时三相无刷电机通过电源模块供电进行减速；

21、s9、获取三相无刷电机通过电源模块供电进行减速时的实时转速，判断实时转速是否达到目标转速，若实时转速未达到目标转速，执行步骤s8，否则，执行步骤s10；

22、s10、若三相无刷电机的实时转速达到目标转速，结束对三相无刷电机的减速控制。

23、优选地，s4中电机驱动模块接收控制信号并控制开关导通或断开，利用三相无刷电机自身的反电动势形成的电流进行减速，具体包括：

24、电机驱动模块接收控制信号并控制开关导通，此时三相无刷电机自身的反电动势产生的电流从高压端流出，通过开关导通后形成的电流回路中对应桥臂上的电流采样电阻后流入低压端，由此实现对三相无刷电机进行减速；或：

25、电机驱动模块接收控制信号并控制开关断开，此时三相无刷电机自身的反电动势产生的电流从高压端流出，通过开关断开后形成的电流回路中的电压泄放模块、对应桥臂上的电流采样电阻后流入低压端，由此实现对三相无刷电机进行减速。

26、优选地，s7中根据对应开关的导通占空比判断是否满足反接制动条件，具体包括如下：

27、s71、预设导通占空比阈值，将对应开关的导通占空比和预设的导通占空比阈值进行比较；

28、s72、若对应开关的导通占空比大于等于预设的导通占空比阈值，则满足反接制动条件；

29、s73、若对应开关的导通占空比小于预设的导通占空比阈值，则不满足反接制动条件。

30、上述一种大力矩飞轮控制系统及减速控制方法，包括电源模块、控制模块、电机驱动模块、电流采样模块、三相无刷电机，电源模块在三相无刷电机运转过程中提供电源，电流采样模块采集三相无刷电机在运转过程中的电流信号，控制模块根据实时转速、目标转速以及电流信号确定控制信号，电机驱动模块用于接收控制信号并控制三相无刷电机运转。在减速过程中，利用三相无刷电机的反电动势产生的电流以及传统的反接制动产生的电流对三相无刷电机进行减速控制，解决了三相无刷电机在减速过程中反电动势需要泄放的问题，可实现对大力矩、高转速飞轮减速的精准控制。

技术特征：

1.一种大力矩飞轮控制系统，其特征在于，包括电源模块、控制模块、电机驱动模块、电流采样模块和三相无刷电机，三相无刷电机通过电机驱动模块与电源模块连接，电机驱动模块、电流采样模块以及三相无刷电机均与控制模块连接，其中：

2.如权利要求1所述的大力矩飞轮控制系统，其特征在于，电机驱动模块具体为三相半桥电路，电源模块通过三相半桥电路与三相无刷电机连接。

3.如权利要求2所述的大力矩飞轮控制系统，其特征在于，电流采样模块具体为三个电流采样电阻和adc模数转换器，三个采样电阻分别和adc模数转换器连接，adc模数转换器和控制模块连接，三个电流采样电阻分别设置在三相半桥电路的每个桥臂上，adc模数转换器通过采集流经三个电流采样电阻的电流信号来获取流经三相无刷电机的采样电流信号，并将采样电流信号发送至控制模块。

4.如权利要求3所述的大力矩飞轮控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括电压泄放模块，电压泄放模块设于三相半桥电路和电流采样模块之间，电压泄放模块用于释放三相无刷电机在减速过程中因反电动势引起的电压。

5.如权利要求4所述的大力矩飞轮控制系统，其特征在于，电压泄放模块包括pmos管和与pmos管连接的泄放电阻，三相无刷电机在减速过程中因反电动势引起的电压可通过pmos管和泄放电阻进行释放。

6.如权利要求5所述的大力矩飞轮控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括二极管，二极管的正极与pmos管的栅极连接，其节点与电源模块的正极连接，二极管的负极与pmos管的源极连接。

7.一种大力矩飞轮减速控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

8.如权利要求7所述的大力矩飞轮减速控制方法，其特征在于，s4中电机驱动模块接收控制信号并控制开关导通或断开，利用三相无刷电机自身的反电动势形成的电流进行减速，具体包括：

9.如权利要求8所述的大力矩飞轮减速控制方法，其特征在于，s7中根据对应开关的导通占空比判断是否满足反接制动条件，具体包括如下：

技术总结本发明公开了一种大力矩飞轮控制系统及减速控制方法，包括电源模块、控制模块、电机驱动模块、电流采样模块和三相无刷电机，电源模块在三相无刷电机运转过程中提供电源，电流采样模块获取三相无刷电机在运转过程中的电流信号，并将采样电流信号发送至控制模块，控制模块获取三相无刷电机的实时转速和采样电流信号，根据实时转速、目标转速以及采样电流信号确定控制信号，电机驱动模块接收控制信号并控制三相无刷电机运转。在减速过程中可利用三相无刷电机的反电动势产生的电流以及传统的反接制动产生的电流对三相无刷电机进行减速控制，解决了三相无刷电机在减速过程中反电动势需要泄放的问题，可实现对大力矩、高转速飞轮减速的精准控制。技术研发人员：杜金榜,侯建军,田武刚,王建敏,田根龙受保护的技术使用者：湖南揽月机电科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23