CN106218923B - 一种磁力矩器的控制方法 - Google Patents

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    • B64G1/32—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using earth's magnetic field

Abstract

一种磁力矩器的控制方法，涉及磁力矩器控制领域，解决现有控制方法存在模拟电路复杂、调试困难以及控制精度低等问题，本发明所述的磁力矩器控制方法，采用闭环脉冲宽度控制的方式根据星载中心机的磁矩控制指令，磁力矩器控制器产生相应占空比的PWM脉冲加载到H桥驱动电路上，进行功率放大，输出到磁力矩器上，放置在磁力矩器回路上的电流检测处理电路会把磁力矩器上的电流采集并转换，提供给磁力矩器控制器电流遥测数据，并将其用于闭环控制。本发明所述的控制方法操作简便并且精度高。该方法也适用于其他感性负载的脉冲宽度控制。

Description

一种磁力矩器的控制方法
技术领域
本发明涉及磁力矩器控制领域，具体涉及一种高精度磁力矩器的控制方法。
背景技术
磁力矩器是利用地磁场控制卫星姿态的主要执行机构。根据控制规律，将磁力矩器通以一定大小和方向的磁电流，使之产生所要求的磁矩，在轨道地磁场作用下产生力矩，用于卫星速率阻尼和动量轮卸载，实现卫星姿态磁控制。
因此，对磁力矩器进行高精度控制，能够提高卫星磁控制精度，更大程度保障卫星运行安全。
目前，磁力矩器的控制方法主要有脉冲宽度控制和电压控制两种方式。电压控制方式的控制精度比开环脉冲宽度控制方式高，但模拟电路复杂、调试困难；开环脉冲宽度控制方式具有电源利用率高、控制接口简单的优点，但存在感性负载充放电时间导致实际输出磁矩存在上升时间Trise和下降时间Tdown，影响控制精度的缺点，如图1所示，其中，M为磁矩控制指令，Tctrl为控制周期。因此，采用闭环脉冲宽度控制方式，同时通过补偿上升时间和下降时间磁矩差的方式克服感性负载影响，可以达到更高的控制精度。
开环脉冲宽度控制的方式根据星载中心机的控制指令，磁力矩器控制器产生相应占空比的PWM脉冲加载到H桥驱动电路上，进行功率放大，然后输出到磁力矩器上。
发明内容
本发明为解决现有控制方法存在模拟电路复杂、调试困难以及控制精度低等问题，提供一种磁力矩器的控制方法。
一种磁力矩器的控制方法，该方法由以下步骤实现：
步骤一、星载中心机计算磁力矩器磁矩控制指令M，并根据磁矩控制指令M与PWM占空比的关系，将磁矩控制指令M生成PWM占空比指令；
步骤二、磁力矩器控制器根据步骤一中星载中心机输出的PWM占空比指令产生相应占空比的PWM脉冲，并将所述PWM脉冲加载到H桥驱动电路，所述H桥驱动电路进行功率放大后输出到磁力矩器上；
步骤三、在所述磁力矩器的回路上设置电流检测处理电路，所述电流检测处理电路将步骤二所述的磁力矩器上的电流采集并转换后传送至磁力矩器控制器，所述磁力矩器控制器将接收的数据作为电流遥测数据，实现对磁力矩器的闭环控制。
本发明的有益效果：本发明所述的磁力矩器控制方法，采用闭环脉冲宽度控制的方式根据星载中心机的磁矩控制指令，磁力矩器控制器产生相应占空比的PWM脉冲加载到H桥驱动电路上，进行功率放大，输出到磁力矩器上，放置在磁力矩器回路上的电流检测处理电路会把磁力矩器上的电流采集并转换，提供给磁力矩器控制器电流遥测数据，并将其用于闭环控制。具体体现以下两点：
一、本发明所述的控制方法解决了对磁力矩器脉冲宽度控制过程中，充放电时间影响控制精度的问题，操作简便并且精度高。
二、本发明所述的方法也适用于其他感性负载的脉冲宽度控制。
附图说明
图1为现有磁力矩器控制方法未补偿磁矩时的输出磁矩波形示意图；
图2为本发明所述的一种磁力矩器的控制方法中磁力矩器脉冲宽度控制时的PWM脉冲波形示意图；
图3为本发明所述的一种磁力矩器的控制方法的原理框图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图2和图3说明本实施方式，一种磁力矩器的控制方法，该方法由以步骤实现：
一、星载中心机根据磁力矩器磁矩输出公式T＝M×B计算三轴磁力矩器的磁矩控制指令M的大小和方向，其中，T为根据卫星姿态敏感部件和姿态控制系统动力学计算得到的力矩，B为地磁场大小，可以根据轨道高度计算或采用磁场测量部件如磁强计或特斯拉计进行测量；
二、星载中心机根据磁力矩器的磁矩测试结果，即输出磁矩和控制PWM占空比的关系，将步骤一计算的磁矩生成PWM占空比指令；
三、磁力矩器控制器根据步骤二中星载中心机输出的PWM占空比指令产生相应占空比的PWM脉冲加载到H桥驱动电路上进行功率放大，并输出到磁力矩器上，其中，PWM脉冲波形如图2所示，PWM脉冲为控制周期Tctrl时间内连续的占空比为的高低电平，T2为PWM周期，T1为一个PWM周期高电平的时间；
四、放置在磁力矩器回路上的电流检测处理电路会把磁力矩器上的电流采集并转换，提供给磁力矩器控制器电流遥测数据，用于闭环控制；
本实施方式中，闭环控制的过程为：在磁力矩器加工完毕后，会对其进行磁矩标定试验，即通过测量输出磁矩的磁感应强度Br来获得给定磁矩与实际输出磁矩的关系，通过给定0到最大磁矩指令Mmax中的一些离散点指令，对得到的对应磁感应强度Br曲线进行分析，即：计算所述磁感应强度Br有效面积来得到指令磁矩与实际输出磁矩的误差，并拟合曲线，从而得到对磁矩指令从0到Mmax的新磁矩控制指令进行修正。
具体实施方式二、结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的一种磁力矩器的控制方法的实施例：该方法由以下步骤实现：
一种磁力矩器的控制方法，该方法应用在某小卫星上的磁力矩器最大输出磁矩为15Am2，星载中心机对其控制周期为0.5s。具体由以下步骤实现：
A、星载中心机根据磁力矩器磁矩输出公式T＝M×B计算磁力矩器磁矩控制指令M的大小(最大为Mmax)和方向，其中，T为根据卫星姿态敏感部件和姿态控制系统动力学计算得到的力矩，B为地磁场大小，可以根据轨道高度计算或采用磁场测量部件如磁强计或特斯拉计进行测量；
B、星载中心机根据磁力矩器的磁矩测试结果，即磁矩控制指令M和控制PWM占空比的关系，本案例的关系式为占空比＝153.1×M+2048，将步骤A计算的磁矩生成PWM占空比指令；
C、磁力矩器控制器根据步骤B中星载中心机输出的PWM占空比指令产生相应占空比的PWM脉冲加载到H桥驱动电路上进行功率放大，并输出到磁力矩器上；
D、放置在磁力矩器回路上的电流检测处理电路会把磁力矩器上的电流采集并转换，提供给磁力矩器控制器电流遥测数据用于闭环控制，本实施方式中电流遥测数据与磁矩控制指令对应关系式为M＝54.95×i-0.1137；
本实施方式中，磁力矩器加工完毕后，会对其进行磁矩标定试验，即通过测量输出磁矩的磁感应强度Br来获得给定磁矩与实际输出磁矩的关系。给定磁矩控制指令M从-15Am2到+15Am2，间隔1Am2离散点指令，对得到的对应磁感应强度Br0～Br15曲线进行分析，即：计算磁感应强度Br有效面积来得到指令磁矩与实际输出磁矩的误差δMN15～δMP15，并拟合成曲线δM，得到修正后的新磁矩控制指令M'＝M+δM。
本实施方式所测试的磁矩补偿拟合结果为δM＝1.36*sign(M)*(1-e-0.021*|M|)。

Claims (3)

1.一种磁力矩器的控制方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：
步骤一、星载中心机计算磁力矩器磁矩控制指令M，并根据磁矩控制指令M与PWM占空比的关系，将磁矩控制指令M生成PWM占空比指令；
步骤二、磁力矩器控制器根据步骤一中星载中心机输出的PWM占空比指令产生相应占空比的PWM脉冲，并将所述PWM脉冲加载到H桥驱动电路，所述H桥驱动电路进行功率放大后输出到磁力矩器上；
步骤三、在所述磁力矩器的回路上设置电流检测处理电路，所述电流检测处理电路将步骤二所述的磁力矩器上的电流采集并转换后传送至磁力矩器控制器，所述磁力矩器控制器将接收的数据作为电流遥测数据，实现对磁力矩器的闭环控制；
步骤三中，闭环控制的具体过程为：
对所述磁力矩器进行磁矩标定，获得给定磁矩与实际输出磁矩的关系，将所述实际输出磁矩的磁感应强度Br曲线进行分析拟合，获得磁矩修正曲线，将所述磁矩修正曲线作为补偿磁矩对磁矩控制指令进行修正，实现对磁力矩器的闭环控制。
2.根据权利要求1所述的一种磁力矩器的控制方法，其特征在于，步骤一中根据公式T＝M×B，计算磁力矩器磁矩控制指令M；所述T为力矩，B为地磁场。
3.根据权利要求2所述的一种磁力矩器的控制方法，其特征在于，所述地磁场B根据轨道高度计算或采用磁场测量部件中的磁强计或特斯拉计进行测量。
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