CMG电机控制系统

    　
　　由式（4－9），在电流负反馈的作用下，通过设定电压Uset可以控制电流环输出，即控制无刷直流电机以恒功率工作。
 
　　由于航天器姿态控制系统对CMG的稳速要求很高（0.1％以上），如果采用普通的电机速度闭环控制，则很难达到指标要求，必须借助锁相环（PLL）技术进行电机的稳速控制。
 
　　锁相环多应用于电机稳速状态，压控振荡器一般由功率放大器和电机本体所取代，反馈回路为霍尔速度信号。由于相位是频率的积分，锁相环是进行相位比较的，因此能使电机速度控制达到很高的。
 
　　本系统采用电机控制专用PLL集成电路（如TC9242、TC9l42等）。TC9242采用两个8位DAC（数字／模拟转换器）分别作为F/V和P／V变换。从6脚（FGIN）输入电机的位置信号，经过TC9242从AFC（自动频率控制端）输出的是个DAC将数字量的频率差变换为模拟量的信号。从APC（自动相位控制端）输出的是FG／2（是PG的2分频信号）和FS（从同步时钟信号分频得到）相位比较得到相位差，经过另一个DAC转换的输出电压信号。当FGIN端反馈频率变化时，即电机转速不稳定时，AFC和APC输出变化如下：
 
　　1）FGIN在锁相范围以下时，AFC和APC为高电平（H）；
 
　　2）FGIN在锁相范围以上时，AFC和APC为低电平（L）；
 　
　　3）FGIN在锁相范围之内时，AFC线性输出，AFC随着转速信号FCIN的增大而减小。APC输出锯齿波形，若反馈转速信号FGIN小于设定频率信号fo，APC输出斜率为正的锯齿波，如图3a所示；若反馈转速信号FGIN大于设定频率信号fo，APC输出斜率为负的锯齿波，如图3b所示。

　　晶体振荡器频率fx的计算公式为

　　式中，K为分频系数，可选20或27；N为分频系数，可选3、4或5；a为每转脉冲数（对应于换相信号，即极对数P，本系统a=4）；no为锁定转速（r/min）

　　对于有位置传感器陀螺电机来说，若no=20000r／min，若取的分频系数均，即K＝20，N=3，a＝4，则晶体振荡器频率为fx=128×20×20000×3×4／60Hz＝10.24（MHz），其速度反馈输人信号，也即位置传感器信号频率为20000×4／60Hz=1.33kHz，满足TC9242的工作条件。因此，可直接把电机的转子位置霍尔传感器信号输人给TC9242的速度反馈端FGIN。
 
　　本系统采用锁相环路进行电机转速的高控制。锁相环控制电路虽然具有稳速高的优点，但也存在锁相速度缓慢、电机转速必须在锁相范围内才可锁相等不足。由于锁相环控制电路的以上特性，本系统对电机采取两种不同的控制模式：当电机转速不在锁相范围以内时，由控制器对电机进行恒流升速或降速控制，从而把电机转速带人锁相范围内；当电机转速处于锁相范围时，由锁相环电路和控制器对电机进行锁相稳速控制。
 
　　由工作特性的要求，希望当电机转速由于干扰出锁或者处于升速阶段时，控制系统能够较快地将电机转速带人锁相范围以内。因此，本控制系统设计为在锁相范围以下时，进行恒流升速，驱动电流不会因为转速的升高而下降，避免升速效率降低；在锁相范围以上时，切断电流使电机降速，直至转速返回锁相范围。
 
　　该控制模式可通过控制器的电流控制电路进行电流闭环控制来实现，电流闭环控制原理如图4所示。当电机转速低于锁相范围时，只需将电流控制电路的设定值置为一个常值（该常值的大小代表了恒流值的大小），电流控制电路的输出控制MC33035的PWM脉冲占空比，使绕组中的电流跟随电流设定值；当电机转速高于锁相范围时，将电流设定值置零切断电流。