用于磁悬浮定向仪的陀螺电机转速检测电路及补偿系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于磁悬浮定向仪的陀螺电机转速检测电路及补偿系统，包括直流电源、SPWM控制电路、三相MOSFET集成驱动模块、电流采样转换电路、转速采样处理电路和数字锁相环；电流采样转换电路的输出端连接SPWM控制电路的电流输入端；转速采样处理电路的输出端连接数字锁相环的输入端，数字锁相环的输出端连接SPWM控制电路的转速输入端，SPWM控制电路的输出端连接三相MOSFET集成驱动模块的控制端，三相MOSFET集成驱动模块的直流输入端连接直流电源的输出端。应用本发明专利技术可减小陀螺漂移，降低加速时间，提高稳速精度，能够较好地完成陀螺电机加速及稳速控制，同时还能满足陀螺定向仪快速定向的需求。

Gyro motor speed detection circuit and compensation system for magnetic levitation instrument

The present invention provides a method for magnetic orientation instrument of gyro motor speed detection circuit and compensation system, which comprises a DC power supply, SPWM control circuit, three-phase MOSFET integrated drive module, the current sampling circuit, speed sampling circuit and digital PLL; output current sampling and conversion circuit is connected with the input end of the current SPWM control circuit output speed; sampling and processing circuit is connected with the input end of the digital phase-locked loop, the output end is connected with digital phase-locked loop SPWM control circuit speed input control output SPWM control circuit is connected with a three-phase MOSFET integrated drive module, three-phase MOSFET integrated drive module output is connected with the DC input terminal of the DC power supply. The application of the invention can reduce gyro drift, reduce acceleration time and speed up accuracy, and achieve better acceleration and steady speed control of gyroscope motor, and at the same time, meet the requirement of rapid orientation of gyro directional instrument.

【技术实现步骤摘要】
用于磁悬浮定向仪的陀螺电机转速检测电路及补偿系统
本专利技术涉及磁悬浮定向仪
，特别是涉及一种用于磁悬浮定向仪的陀螺电机转速检测电路及补偿系统。
技术介绍
磁悬浮定向仪是一种高精度的摆式陀螺寻北仪。陀螺电机是为磁悬浮定向仪提供动量矩并使之具有陀螺效应的重要元件和敏感元件，转速的大小变化直接影响陀螺电机的角动量，影响寻北定向精度。电机转速的控制是磁悬浮定向仪精度的重要因素。很多因素会导致无刷直流电机转速波动，引入寻北测量误差，包括电机自身结构引起的齿槽转矩影响、控制电流的非理想方波变化、电源的稳定性，都会导致电磁转矩的随机波动，从而引起转速的随机波动，因此陀螺电机的极高转速(稳速23800RPM)和转速的极高稳定性(+/-0.5RPM)是保证寻北精度的必要条件。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的迫切技术需求，本专利技术提供了一种用于磁悬浮定向仪的陀螺电机转速检测电路及补偿系统，减小陀螺漂移，降低加速时间，提高稳速精度，能够较好地完成陀螺电机加速及稳速控制，同时还能满足陀螺定向仪快速定向的需求。用于磁悬浮定向仪的陀螺电机转速检测电路及补偿系统，其特征在于，包括直流电源、SPWM控制电路、三相MOSFET集成驱动模块、电流采样转换电路、转速采样处理电路和数字锁相环；电流采样转换电路的输入端连接陀螺电机的电流输出端，电流采样转换电路的输出端连接SPWM控制电路的电流输入端；转速采样处理电路的输入端连接陀螺电机转速的输出端，转速采样处理电路的输出端连接数字锁相环的输入端，数字锁相环的输出端连接SPWM控制电路的转速输入端，SPWM控制电路的输出端连接三相MOSFET集成驱动模块的控制端，三相MOSFET集成驱动模块的直流输入端连接直流电源的输出端。进一步地，所述转速采样处理电路包括依次连接的传感驱动电路、光电传感器、放大整型电路、加速与稳定电路和隔离器；传感驱动电路用于启动光电传感器工作，光电传感器用于采集陀螺电机的转速信号，加速与稳定电路用于对转速信号进行滤波处理后，输出有效信号至放大整型电路，放大整型电路用于对转速信号进行放大和整型后输出给SPWM控制电路；所述传感驱动电路和放大整型电路设置在陀螺电机执行装置中。进一步地，所述光电传感器包括红外发光二极管、光敏三极管及其驱动电路、编码图，编码图刻印在电机的转动组件上；电机转动时，发光二极管发出的红外光照射在电机侧面上，当侧面为黑色时，光被吸收，没有光反射到光敏三极管上，光敏三极管处于截至状态，通过微处理器进行计数得到电机的转速。进一步地，所述加速与稳定电路包括转速采集电路、三相电流采集电路、转速与电流采集量处理模块以及速度补偿模块，转速采集电路和三相电流采集电路的输出端连接转速与电流采集量处理模块的输入端，转速与电流采集量处理模块的输出端连接速度补偿模块的输入端。进一步地，，所述驱动电路模块输入前段采用高速双向缓冲器对PWM信号进行整形，再经高速隔离器进行隔离处理，使SPWM控制电路的PWM信号输出端与陀螺电机供电回路完全隔离。进一步地，所述三相MOSFET集成驱动模块中的驱动电路采用MSK4300芯片，驱动电路在设计时满足以下要求：(1)将48V直流电源接至V+(16和15引脚)和RSENSE(12和13引脚)之间；(2)六路SPWM控制信号分别加到AH、AL、BH、BL、CH、CL六个控制引脚；(3)给驱动控制保护电路提供的电源为15V，该电压接至VBIAS和GND两端；(4)按要求在48V电压的正负之间和15V电压的正负之间接入电容器，且两路电压是共负端的即RSENSE和GND引脚接通；(5)删端是MSK4300的使能端，当被置为“低”时，使模块工作；当其为“高”时则关断模块，信号由CPLD提供；(5)三相交流电压从A、B和C三个管脚输出。进一步地，所述SPWM控制电路包括DSP芯片和外围电路；硬件电路需要三种供电电压：1.8V、3.3V和5V；其中1.8V和3.3V分别为DSP内核和IO电压，选用DC-DC转换芯片把5V电压转变为3.3V，3.3V电压再经电阻分压得到1.8V；DSP的时钟选用30MHz晶振，通过内部5倍频，从而得到内部稳定时钟。本专利技术所采用的技术方案是：DSP芯片按照一定的算法给出SPWM逻辑控制信号，经过驱动电路后驱动开关管把直流电压转换为一系列高频脉冲方波，通过控制方波脉冲宽度达到模拟正弦电压。为达到系统所要求的精度以及控制的实时性，加反馈电路，把转速、相电流等关心的一些参数测量出来送入控制核心中，从而达到通过实时调整SPWM逻辑控制信号来相应改变输出交流电压的各个参数，使之适应系统的变化。控制部分主要通过DSP芯片及相应外围电路来完成，它的主要作用是结合相应的反馈量(相电流、转速)来给出SPWM逻辑控制信号。LC低通滤波电路的作用是尽可能滤掉各次谐波，输出波形性能良好的正弦波。它的主要任务是根据系统中所存在的谐波情况，设计出合适的电感值和电容值。反馈电路的作用是测量出陀螺电机的实时转速。使用锁相环实时测量转速与预定转速偏差。为了提高设计的模块化水平，变换主电路直接选用三相MOSFET桥集成驱动模块。经过分析和比较最终选取的是MSK公司生产的集成器件MSK4300，使得逆变主电路设计的非常简洁。SPWM控制信号由DSP电路产生，并对DSP输出的控制信号进行整形驱动、隔离处理后，提供给MSK4300。为满足对电机转速进行精确控制的要求，设置了电机三相电流的采样电路，采样信号经A/D转换后提供给DSP。还采用了锁相环(CPLD器件实现)接收来自陀螺电机转速的取样信号，并将该转速信号与由DSP输出的一路转速信号参考值进行比较运算后，产生控制信号给DSP电路使用。这样在SPWM控制波形的控制下，对48V电压进行逆变变换，就能输出所需的三相交流电压驱动陀螺电机。构成了一个完整的测速加补偿的闭环反馈控制系统。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：是能够完成陀螺电机加速及稳速控制，还能满足陀螺定向仪快速定向的需求。同时所设计的陀螺电机电源，使陀螺能够稳定发挥其良好性能，减小漂移，降低加速时间，提高了控制的精度和灵活性。附图说明图1为本专利技术的结构图；图2为MSK4300驱动模块等效电路结构图；图3为光电传感器结构图图4为加速与稳定电路结构图图5为DSP时钟及仿真器接口电路结构图；图6为外扩SRAM存储器接口电路结构图；图7为整形、隔离电路结构图；图8为数字锁相环原理图；图9为电流采样框图；图10为电流采样电路结构图；图11为DSP与AD7864接口电路结构图；图12为DSP控制方法流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1为本专利技术三相异步陀螺电机转速检测及补偿系统的结构图，包括直流电源、SPWM控制电路、三相MOSFET集成驱动模块、电流采样转换电路、转速采样处理电路和数字锁相环。电流采样转换电路的输出端连接SPWM控制电路的电流输入端，转速采样处理电路的输出端连接数字锁相环的输入端，数字本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于磁悬浮定向仪的陀螺电机转速检测电路及补偿系统，其特征在于，包括直流电源、SPWM控制电路、三相MOSFET集成驱动模块、电流采样转换电路、转速采样处理电路和数字锁相环；电流采样转换电路的输入端连接陀螺电机的电流输出端，电流采样转换电路的输出端连接SPWM控制电路的电流输入端；转速采样处理电路的输入端连接陀螺电机转速的输出端，转速采样处理电路的输出端连接数字锁相环的输入端，数字锁相环的输出端连接SPWM控制电路的转速输入端，SPWM控制电路的输出端连接三相MOSFET集成驱动模块的控制端，三相MOSFET集成驱动模块的直流输入端连接直流电源的输出端。

【技术特征摘要】
1.用于磁悬浮定向仪的陀螺电机转速检测电路及补偿系统，其特征在于，包括直流电源、SPWM控制电路、三相MOSFET集成驱动模块、电流采样转换电路、转速采样处理电路和数字锁相环；电流采样转换电路的输入端连接陀螺电机的电流输出端，电流采样转换电路的输出端连接SPWM控制电路的电流输入端；转速采样处理电路的输入端连接陀螺电机转速的输出端，转速采样处理电路的输出端连接数字锁相环的输入端，数字锁相环的输出端连接SPWM控制电路的转速输入端，SPWM控制电路的输出端连接三相MOSFET集成驱动模块的控制端，三相MOSFET集成驱动模块的直流输入端连接直流电源的输出端。2.根据权利要求1所述的磁悬浮定向仪的陀螺电机转速检测电路及补偿系统，其特征在于，所述转速采样处理电路包括依次连接的传感驱动电路、光电传感器、放大整型电路、加速与稳定电路和隔离器；传感驱动电路用于启动光电传感器工作，光电传感器用于采集陀螺电机的转速信号，加速与稳定电路用于对转速信号进行滤波处理后，输出有效信号至放大整型电路，放大整型电路用于对转速信号进行放大和整型后输出给SPWM控制电路；所述传感驱动电路和放大整型电路设置在陀螺电机执行装置中。3.根据权利要求1或2所述的磁悬浮定向仪的陀螺电机转速检测电路及补偿系统，其特征在于，所述光电传感器包括红外发光二极管、光敏三极管及其驱动电路、编码图，编码图刻印在电机的转动组件上；电机转动时，发光二极管发出的红外光照射在电机侧面上，当侧面为黑色时，光被吸收，没有光反射到光敏三极管上，光敏三极管处于截至状态，通过微处理器进行计数得到电机的转速。4.根据权利要求1或2所述的磁悬浮定向仪的陀螺电机转速检测电路及补偿系统，其特征在于，所述加速与稳定电路包括转速采集电路、三相电流采集电路、转速与电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张书文，曹海波，万洋，吴京平，涂远江，王亚飞，赵爽，张鹏，
申请(专利权)人：湖北三江航天万峰科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42