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1、基于集成電路的控制力矩陀螺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)王燦，唐國(guó)元，黃道敏(1．華中科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院，湖北武漢430074；2．武漢空軍預(yù)警學(xué)院，湖北武漢430010)DesignofControlMomentGyroControlSystemBasedonIntegratedCircuitWANGCan，TANGGuoyuan，HUANGDaomin(1．SchoolofNavalArchitectureandOceanEngineering，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China；2．AirForceEar
2、lyWarningAcademy，Wuhan430010，China)摘要：控制力矩陀螺(CMG)作為姿態(tài)控制執(zhí)行0引言機(jī)構(gòu)，相比于傳統(tǒng)控制方法有諸多優(yōu)勢(shì)，同樣也對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)有更高的性能要求。提出了一種基衛(wèi)星等航天器廣泛采用CMG作為姿態(tài)控制執(zhí)于MC33035、L298N和STC12C5A60S2等集成電行機(jī)構(gòu)，應(yīng)用時(shí)間久，技術(shù)成熟?？刂屏赝勇菽苈返腃MG控制系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)構(gòu)成，分析并設(shè)計(jì)夠連續(xù)光滑地輸出力矩，用于姿態(tài)控制，具有高精系統(tǒng)各部分硬件電路及相應(yīng)軟件。通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)度、高穩(wěn)定性控制和零回轉(zhuǎn)半徑等優(yōu)點(diǎn)。此外，CMG是內(nèi)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，不會(huì)破壞控制對(duì)象外形的現(xiàn)了對(duì)CMG的有效
3、控制，并給出測(cè)試波形及實(shí)驗(yàn)完整，且輸出直接作用于控制對(duì)象。這些優(yōu)點(diǎn)極大結(jié)果。地?cái)U(kuò)展了CMG的應(yīng)用領(lǐng)域，如用作水下航行體姿關(guān)鍵詞：控制力矩陀螺；MC33035；L298N；STC態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。CMG是內(nèi)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，相比于單片機(jī)目前傳統(tǒng)的水下航行體姿態(tài)控制方式有許多優(yōu)勢(shì)。中圖分類號(hào)：V448；TP273CMG包含在航行體里面，不破壞航行體外形的完文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A整性，也不與惡劣的水下環(huán)境相接觸_1]。目前，關(guān)于文章編號(hào)：1001—2257(2015)06—0047一O4CMG應(yīng)用于水下航行體的應(yīng)用研究比較少，且大Abstract：Controlmomentgyros(CMG)have都
4、停留在理論研究與實(shí)驗(yàn)階段。manyadvantagesasattitudecontrolactuatorscom—控制力矩陀螺有不同類型，空間構(gòu)型方式更paredtothetraditionalcontrolmethodswhichalso是多樣。按照框架類型分為單框架(SG)和雙框架havehigherrequirementsregardingtheperformance(DG)，常見(jiàn)的空間構(gòu)型有金字塔型、四棱錐型和ofmechanicalandelectricalsystems．Thispaperputs五棱錐型等。單框架控制力矩陀螺(SGCMG)系forwardaCMGcon
5、trolsystembasedonintegrated統(tǒng)雖然奇異現(xiàn)象嚴(yán)重，操縱律也比較復(fù)雜，但是具circuitsMC33035。L298NandSTC12C5A60S2，in—有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出力矩大(力矩放大作用)等troducesthesystemstructure，analyzesanddescribes優(yōu)點(diǎn)。thedesignofthehardwarecircuitandcorresponding因此，設(shè)計(jì)了一種控制系統(tǒng)方案，實(shí)現(xiàn)了該控software．Bymeansofsaidsystem，effectivecontrol制系統(tǒng)硬件電路并完成相應(yīng)控制程序，對(duì)該控制電o
6、fCMGisrealized．Testwaveformsandexperi—路進(jìn)行測(cè)試，達(dá)成了對(duì)CMG的有效控制。mentsresultsaregiven．1控制系統(tǒng)總體方案Keywords：controlmomentgyro；MC33035；L298N：STCmicrocontrollerSGCMG由2部分組成，即高速轉(zhuǎn)動(dòng)提供角動(dòng)量的陀螺轉(zhuǎn)子，和用于改變陀螺角動(dòng)量方向的框架。陀螺轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高且精度要求高，選用無(wú)刷直收稿日期：2015一O3一O5流電機(jī)(BLDC)驅(qū)動(dòng)，具有轉(zhuǎn)速范圍高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)基金項(xiàng)目：湖北省自然科學(xué)基金(2013CFB154)；上海交通大學(xué)海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放
7、基金(1304)快、噪聲小和高效率等優(yōu)點(diǎn)。陀螺框架改變陀螺《機(jī)械與電子92015(6)·47‘轉(zhuǎn)軸方向，進(jìn)而控制空間角動(dòng)量矢量合成方向以訪問(wèn)誤差信號(hào)放大器、脈寬調(diào)制比較器、可編程鋸輸出控制力矩，因此轉(zhuǎn)速低輸出力矩大。陀螺框齒波振蕩器以及欠壓鎖定、逐周限流、熱關(guān)斷等保架驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用蝸輪蝸桿減速電機(jī)，輸出力矩大護(hù)電路。電機(jī)控制系統(tǒng)的組成如圖2所示。而且啟停及正反轉(zhuǎn)控制簡(jiǎn)單可靠?；趯Ｓ玫碾姍C(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路設(shè)計(jì)BLDC和直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高速電機(jī)的加速過(guò)程及轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控
