微飞轮用无刷直流电机换相转矩脉动抑制及无位置传感器研究

作     者：张汉城 

作者单位：北京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈振

授予年度：2016年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：无刷直流电机 换相转矩脉动 ZETA变换器 无位置传感器 虚拟中点电压法 

摘      要：微飞轮控制系统常用于小型卫星的姿态控制,它由控制器、驱动电路、飞轮驱动电机和位置传感器等组成,其中飞轮驱动电机是微飞轮控制系统的关键部件。无刷直流电机有着动态性能好、寿命长、功率密度高和控制简单等优点,因此在越来越多的场合得到应用。本文采用无刷直流电机作为微飞轮驱动电机。近年来,小型卫星对姿态控制系统的精度和可靠性的要求越来越高,这也就意味着对无刷直流电机的控制性能和可靠性提出了更高的要求。作为本文的研究对象,首先给出了微飞轮用无刷直流电机控制系统的组成,说明了微飞轮用无刷直流电机简化的数学模型,对其控制原理进行了分析,然后搭建了基于无刷直流电机的微飞轮系统的仿真模型和实验平台。其次,针对微飞轮用无刷直流电机换相转矩脉动影响姿态控制系统精度的问题,详细分析了换相转矩脉动产生的机理,提出了一种基于ZETA变换器的低换相转矩脉动的驱动电路,对该电路的控制策略进行了研究,然后进行了仿真实验。位置传感器的使用不利于电机体积的缩小,同时因为太空中电磁环境易对位置传感器产生干扰,不符合小型卫星对姿态控制系统的体积和可靠性的要求。本文深入开展了微飞轮用无刷直流电机无位置传感器控制的研究,采用基于虚拟中点电压的转子位置检测方法实现了换相信号的提取,将得到的换相信号用于无位置传感器控制。然后对相应实验平台进行了搭建,通过实验对采用的方法进行了验证。