永磁陀螺电机轴承表面摩擦力矩的监测筛选控制系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及永磁陀螺电机轴承表面摩擦力矩的监测筛选控制系统和方法。系统中被测永磁陀螺通过测试工装安装在测试平台上；变压电源，根据启动电压指令，输出相应幅度的直流电压信号至永磁陀螺控制器；测控计算机，设置启动电压幅度，得到启动电压指令发送至变压电源；将预设的变压启动加速规律参数加载至永磁陀螺控制器中，采集永磁陀螺控制器上传的电机转速遥测数字量，通过该数字量，判断陀螺电机是否启动，若电机启动成功，则控制电机停转；设置不同的启动电压幅度执行多次电机启动，找到最小启动电压值，根据最小启动电压值计算得到摩擦力矩；永磁陀螺控制器，根据变压启动加速规律参数驱动被测永磁陀螺电机启动并稳定旋转。转。转。

【技术实现步骤摘要】
永磁陀螺电机轴承表面摩擦力矩的监测筛选控制系统和方法


[0001]本专利技术涉及永磁陀螺电机轴承表面摩擦力矩监测筛选控制系统及方法，属于陀螺可靠性筛选


技术介绍

[0002]航天控制工程研究所研制的甚高精度三浮陀螺面向高精度姿态测量需求，重点针对陀螺噪声和随机漂移开展深入研究，首次采用永磁电机取代传统磁滞电机，陀螺精度提高了一个数量级。机械陀螺的可靠性及寿命主要取决于转动部件陀螺电机。电机轴承磨损、轴承表面微量油污、轴承内微小多余物等原因将导致轴承表面静摩擦力矩增加，当超过启动驱动力矩时，电机将启动失败，导致陀螺效应丧失，造成卫星任务失败的严重后果。因此陀螺研制过程中，迫切需要对陀螺电机轴承表面状态进行监测。
[0003]因永磁陀螺电机结构、工艺、控制特性与磁滞陀螺电机存在差异，所以原磁滞陀螺电机轴承表面状态检测方法不适用新型永磁陀螺电机。目前，永磁陀螺电机轴承状态检测方法为滑行曲线拐点分析法。滑行曲线图1所示：图中横坐标为滑行时间单位s，纵坐标为转速单位r/min，拐点为动压气浮轴承电机由气浮状态变为与轴承接触状态的临界点。拐点转速值越高，说明轴承表面状态发生了恶化，导致电机滑行时间明显变短。
[0004]滑行曲线拐点分析法存在两个不足：
[0005]1、拐点信息包含陀螺表面状态和陀螺轴承轴向气隙信息，每个轴承轴向气隙存在差异，气隙越小，滑行时间拐点越高，因此拐点法不适用衡量不同陀螺电机轴承表面状态差异比较，该方法只适用分析自身多次测试滑行时轴承表面状态差异；
[0006]2、该方法为定性分析，即仅能分析拐点高，产品摩擦力力矩变大，但变大多少，本身摩擦力矩处于什么水平没有量化衡量，即没有准确定量分析。

技术实现思路

[0007]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了永磁陀螺电机轴承表面摩擦力矩监测筛选控制系统及方法，可以定量得出宇航用永磁陀螺电机各种姿态下轴承表面摩擦力分布。
[0008]本专利技术解决技术的方案是：永磁陀螺电机轴承表面摩擦力矩的监测筛选控制系统，该监控筛选控制系统包括测试平台、测试工装、被测永磁陀螺组件、变压电源、永磁陀螺控制器、测控计算机；被测永磁陀螺通过测试工装安装在测试平台上；
[0009]变压电源，根据启动电压指令，输出相应幅度的直流电压信号至永磁陀螺控制器；
[0010]测控计算机，设置启动电压幅度，得到启动电压指令发送至变压电源；将预设的变压启动加速规律参数加载至永磁陀螺控制器中，采集永磁陀螺控制器上传的电机转速遥测数字量，通过该数字量，判断陀螺电机是否启动，若电机启动成功，则控制电机停转；设置不同的启动电压幅度执行多次电机启动，找到最小启动电压值，根据最小启动电压值计算最小电流值，根据最小电流值计算得到摩擦力矩；
[0011]永磁陀螺控制器，根据变压启动加速规律参数，将变压电源输出的直流电压信号转换为三相交流电，驱动被测永磁陀螺电机启动并稳定旋转。
[0012]如果同一启动电压值N次启动都成功，则说明当前电压值大于等于最小启动电压值，下调变压电源输出的启动电压值，重复启动电机；一旦同一启动电压值N次启动中有一次启动失败，则说明当前电压值小于等于最小启动电压值，上调变压电源输出的启动电压值，重复启动电机，直到找到最小启动电压值，所述N大于等于1。
[0013]所述变压启动加速规律参数包括加速时间、步进加速的步长时间，每个步长时间电机加速频率值。
[0014]所述永磁陀螺控制器包括启动控制模块、三相逆变器、反电势检测模块、换相逻辑模块和电机转速稳速控制模块；
[0015]启动控制模块，将测控计算机输入的变压启动加速规律参数转换为六路电机换向的启动控制方波信号，输出至三相逆变器，直至加速时间到期；
[0016]三相逆变器模块，将变压电源输出的直流电压信号逆变为三相交流电，输出三相交流电至被测永磁陀螺电机；
[0017]反电势过零检测模块，采集被测永磁陀螺电机绕组的端电压信号，进行过零检测，得到与电机转速相关的反电势过零方波信号，加速时间到期之后，将反电势过零方波信号输出至换相逻辑模块；
[0018]换相逻辑模块，将反电势过零方波信号换相，得到六路电机控制方波信号，该控制方波信号分成两路，一路输出至电机转速稳速控制模块，另一路输出至三相逆变器；
[0019]电机转速稳速控制模块，分析换相逻辑模块输出的电机控制方波信号，得到电机转速遥测数字量输出至测控计算机。
[0020]所述反电势过零方波信号的占空比为1/2，换相逻辑模块将反电势过零方波信号转换为占空比为三分之一的六路电机控制方波信号。
[0021]所述最小启动电流值的计算公式为：
[0022]U
min
＝Ri
min
[0023]其中，U
min
为最小启动电压值，R为电机三相绕组相电阻，i
min
为最小启动电流值。
[0024]所述摩擦力矩的计算公式为：
[0025]M
m
＝K
T
i
min
[0026]其中，M
m
为摩擦力矩，K
T
为电机的转矩常数，i为最小启动电流值。
[0027]所述测试平台放置在隔离振动的地基上。
[0028]本专利技术的另一个技术方案是：永磁陀螺电机轴承表面摩擦力矩的监测筛选控制方法，该方法包括如下步骤：
[0029]St1、将被测永磁陀螺通过测试工装安装在测试平台上，
[0030]St2、将预设的变压启动加速规律参数加载至永磁陀螺控制器中，所述变压启动加速规律参数包括加速时间，步进加速的步长时间，每个步长时间电机加速频率值；
[0031]St3、设置变压电源输出初次启动电压；
[0032]St4、按照设置好的电压及加速规律启动陀螺电机，若电机启动成功，则控制电机停转；
[0033]St5、重复N次步骤St4，如果N次启动都成功，则说明当前电压值大于等于最小启动
电压值，下调变压电源输出的启动电压值，重复步骤St4～步骤 St5，一旦有一次启动失败，则说明当前电压值小于等于最小启动电压值，上调变压电源输出的启动电压值，重复步骤St4～步骤St5，直到找到最小启动电压值；所述N大于等于1；
[0034]St6、根据最小启动电压值，计算最小电流值；
[0035]St7、根据最小电流值，计算摩擦力矩。
[0036]所述最小启动电流值的计算公式为：
[0037]U
min
＝Ri
min
[0038]其中，U
min
为最小启动电压值，R为电机三相绕组相电阻，i
min
为最小启动电流值。
[0039]所述摩擦力矩的计算公式为：
[0040]M
m
＝K
T
i
min
[0041]其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.永磁陀螺电机轴承表面摩擦力矩的监测筛选控制系统，其特征在于包括测试平台、测试工装、被测永磁陀螺组件、变压电源、永磁陀螺控制器、测控计算机；被测永磁陀螺通过测试工装安装在测试平台上；变压电源，根据启动电压指令，输出相应幅度的直流电压信号至永磁陀螺控制器；测控计算机，设置启动电压幅度，得到启动电压指令发送至变压电源；将预设的变压启动加速规律参数加载至永磁陀螺控制器中，采集永磁陀螺控制器上传的电机转速遥测数字量，通过该数字量，判断陀螺电机是否启动，若电机启动成功，则控制电机停转；设置不同的启动电压幅度执行多次电机启动，找到最小启动电压值，根据最小启动电压值计算最小电流值，根据最小电流值计算得到摩擦力矩；永磁陀螺控制器，根据变压启动加速规律参数，将变压电源输出的直流电压信号转换为三相交流电，驱动被测永磁陀螺电机启动并稳定旋转。2.根据权利要求1所述的永磁陀螺电机轴承表面摩擦力矩的监测筛选控制系统，其特征在于如果同一启动电压值N次启动都成功，则说明当前电压值大于等于最小启动电压值，下调变压电源输出的启动电压值，重复启动电机；一旦同一启动电压值N次启动中有一次启动失败，则说明当前电压值小于等于最小启动电压值，上调变压电源输出的启动电压值，重复启动电机，直到找到最小启动电压值，所述N大于等于1。3.根据权利要求1所述的永磁陀螺电机轴承表面摩擦力矩的监测筛选控制系统，其特征在于所述变压启动加速规律参数包括加速时间、步进加速的步长时间，每个步长时间电机加速频率值。4.根据权利要求1所述的永磁陀螺电机轴承表面摩擦力矩的监测筛选控制系统，其特征在于所述永磁陀螺控制器包括启动控制模块、三相逆变器、反电势检测模块、换相逻辑模块和电机转速稳速控制模块；启动控制模块，将测控计算机输入的变压启动加速规律参数转换为六路电机换向的启动控制方波信号，输出至三相逆变器，直至加速时间到期；三相逆变器模块，将变压电源输出的直流电压信号逆变为三相交流电，输出三相交流电至被测永磁陀螺电机；反电势过零检测模块，采集被测永磁陀螺电机绕组的端电压信号，进行过零检测，得到与电机转速相关的反电势过零方波信号，加速时间到期之后，将反电势过零方波信号输出至换相逻辑模块；换相逻辑模块，将反电势过零方波信号换相，得到六路电机控制方波信号，该控制方波信号分成两路，一路输出至电机转速稳速控制模块，另一路输出至三相逆变器；电机转速稳速控制模块，分析换相逻辑模块输出的电机控制方波信号，得到电机转速遥测数字量输出至测控计算机。5.根据权利要求1所述的永磁陀螺电机轴承表面摩擦力矩的监测筛选控制系统，其特征在于所述反电势过零方波信号的占空比为1/2，换相逻辑模块将反电势过零方波信号转换为占空比为三...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱梦如，惠欣，陈小娟，顾正成，马官营，王月，李建朋，王琪伟，李玉猛，邱金娟，岳文杰，李建鹏，夏悦，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：