题目：MSCMG高速无刷直流电机低功耗高精度控制技术研究

控制力矩陀螺（CMG-Control Moment Gyroscope）是航天器姿态控制的重要执行机构。相比机械控制力矩陀螺，磁悬浮控制力矩陀螺（MSCMG-Magnetic suspended Control Moment Gyroscope）具有高精度、长寿命等突出优点。高速无刷直流电机是MSCMG的核心部件之一，其功耗大小和速度控制精度决定了磁悬浮控制力矩陀螺的总体性能。针对MSCMG高速无刷直流电机低功耗、高精度控制技术，主要进行了以下几个方面的研究。 （1）介绍了MSCMG高速无刷直流电机的工作原理并建立了数学模型，为进一步研究MSCMG低功耗、高精度控制方法提供了理论依据。 （2）为消除MSCMG小电枢电感高速无刷直流电机绕组电流PWM纹波，采用了降压斩波（Buck）模块调制、三相六状态逆变器换相的控制方式。分析了Buck模块的功耗组成，提出了改进方法，并进行了实验验证。实验结果表明，改进后Buck模块效率比起未改进Buck模块效率有了很大的提高。 （3）针对高速无刷直流电机实际换相点滞后理论换相点引起的非导通相续流问题，提出了基于DSP的软件补偿方法，消除了换相滞后，抑制了非导通相续流及其引起的导通相绕组电流关断前电流尖峰，抑制了电机转矩脉动，减少了铁耗。以20Nms磁悬浮控制力矩陀螺（CMG-IX）为实验对象，在4.2Pa真空度下，电机工作转速为30000r/min时，电机总功耗为13.32W（包括板耗），电机驱动效率达到93.5%。 （4）为了满足磁悬浮控制力矩陀螺在空间使用环境下高精度、高可靠性要求，基于无刷直流电机的锁相环控制系统模型，以一片FPGA（A3P125-2PQ208I）作为控制器，采用VHDL硬件描述语言构建运算器负责锁相控制律并构建各控制模块实现对外围器件的控制，实现电机的高精度控制。在20Nms磁悬浮控制力矩陀螺（CMG-IX）上进行实验，高速电机工作转速为30000r/min时，稳速精度达到0.02%。