雅宝题库解析：
随着航天器控制技术的发展，要求航天器具备的功能越来越多，同时对航天器指向精度、姿态稳定度以及使用寿命也提出了越来越高的要求。控制力矩陀螺(Control Moment Gyroscope)是航天器姿态控制的重要执行机构。相比机械控制力矩陀螺，磁悬浮控制力矩陀螺(Magnetic Suspended Control Moment Gyroscope)具有高精度、长寿命等突出优点。本文以磁悬浮控制力矩陀螺应用的实际需求为背景，针对磁悬浮控制力矩陀螺高速无刷直流电机低功耗控制技术，主要进行了以下几方面的研究。 （1）介绍了MSCMG高速无刷直流电机的工作原理、建立其数学模型以及搭建了其Simulink仿真模型，为进一步研究高速无刷直流电机控制方法提供了理论依据。 （2）对驱动模块采用降压斩波（Buck）电路加三相六状态逆变器换相控制方式的MSCMG小电枢电感无刷直流电机，进行了功耗分离。在介绍无刷直流电机Buck电路工作原理的基础上，对Buck电路的调制频率、滤波电感和滤波电容进行了优化。通过相关的实验测试表明，选取的参数能使Buck电路的效率达到94%以上，满足了电流纹波的最佳值，极大地抑制了电机铁耗。 （3）详细介绍了基于Buck电路的高速无刷直流电机电流闭环的建模，从电流闭环原理的角度，对理想和非理想反电势下产生的相电流波形进行了研究；着重研究非理想反电势引起的相电流畸变，理论分析了相电流畸变导致功耗的增加，采用低通滤波器和实时零相差重复控制相结合的控制方法实现高速电机低功耗控制，最后通过实验验证这种方法的正确性和有效性，所减少的功耗占可降总功耗的12%以上，系统总功耗降了1%。 （4）介绍了符合航天器件标准的工程化高速电机电路控制系统。系统以DSP（TMS320C31）做为运算器，以FPGA（EPF10K40）作为控制器，使用C语言进行浮点乘法的运算实现控制系统的双闭环，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。关键词：磁悬浮控制力矩陀螺，无刷直流电机，降压斩波，相电流，低通滤波器，重复控制，FPGA
发表于 2022-5-15 14:34:16
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