雅宝题库解析：
控制力矩陀螺(Control Moment Gyroscope)是长期运行的大型或敏捷机动航天器姿态控制的关键执行机构，其力矩输出精度和高速电机转速精度密切相关。为了使转子达到高稳速精度，电机通常采用锁相环控制或锁相环-速率环双模控制。但使用锁相环需要事先将转子牵引到合适的转速才能入锁，为准确预估出锁相系统的入锁区域，即捕获带和快捕带宽度，本文在充分实验基础上进行了解算。同时为了弥补电机锁相环控制因入锁范围窄、锁相时间长而造成的系统抗扰性差的缺陷，本文提出两种改进的控制结构，使得锁相区域得到扩展，锁相捕获速度得到提高。本课题结合国家载人航天预研项目，针对MSCMG高速无刷直流电机锁相环控制，主要进行了以下几个方面的研究：（1）介绍了无刷直流电机的结构和工作原理，以及双闭环控制方法，并建立了数学模型，为进一步研究高速无刷直流电机锁相控制结构性能提供了理论基础。（2）基于电子锁相环控制模型，结合无刷直流电机机械和控制电路特性，建立电机锁相环控制结构模型。针对所用的周期型鉴相器的非线性特性，采用数学解析得出环路微分方程表达式，计算机辅助解出数值解，由此得到捕获带估计值。快捕带计算严格遵循其定义，控制结构中为线性，采用经典控制理论解得时域表达式。（3）现有锁相环控制系统入锁区域窄，容易引起环路失锁、假锁；另外捕获时间较长，减慢了整个陀螺系统的响应速度。为此在控制结构中分别增加变带宽滤波结构和辅助鉴频器，以解决上述两个题目。通过和原有系统的对比实验，表明在跟踪转速6000r/min时锁相环捕获带扩展20%，入锁转速差20r/min时锁相时间减少15%。（4）设计了符合航天器件选用目录和电路设计标准的工程化高速电机电路控制系统。系统以DSP（TMS320C31）和FPGA（EPF10K40）作为核心控制器，使用VHDL硬件描述语言构建各控制模块实现对外围器件的控制，完成转速-电流双闭环软件程序编写。
发表于 2022-4-22 11:38:32
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