题目：基于LEON3的MSFW磁轴承控制器设计

磁悬浮飞轮（MSFW）具有长寿命、微振动、高精度等特点，是新一代航天器理想的高精度姿控执行机构。磁轴承是磁悬浮飞轮的核心部件，其闭环控制系统主要由位移传感器、控制器和功率放大器三部分组成。电涡流位移传感器具有结构简单、灵敏度高、抗干扰能力强等优点，是磁轴承系统首选的位移传感器。磁轴承控制器通常分为模拟控制器和数字控制器，数字控制器相对模拟控制器具有体积小、功耗低、可以实现复杂控制策略的优点，是磁轴承控制器的发展主流。本文结合民用航天科研专项，以空间磁悬浮飞轮为研究对象，针对其对磁轴承控制系统的高可靠性、小体积、低功耗等方面的要求，对电涡流位移传感器和数字控制器开展研究，进行了理论分析和实验系统的搭建和验证，主要的研究工作包括： 1． 利用片上软硬件协同设计的思想，提出了一种利用LEON处理器软核实现基于FPGA磁轴承数字控制器的方案，并搭建了实验平台测试了此方案的实际性能。实验结果表明，基于单FPGA的磁轴承控制器方案可行，并可以实现较好的控制性能。2． 针对磁悬浮飞轮对电涡流位移传感器的要求，在温度补偿、抗干扰性等方面对变频调幅式传感器进行了一定的改进。改进后的传感器配合磁悬浮飞轮通过了高低温、热循环、热真空等空间环境实验。实验结果表明，改进后的传感器性能良好，基本能满足磁悬浮飞轮空间应用的要求。3． 通过分析磁悬浮飞轮径向混合磁轴承磁路，提出了一种永磁偏置混合磁轴承的无传感器算法，通过实验验证了该算法的有效性。该算法没有忽略线圈电阻电压和采样间隔的电流变化的影响，能够解决通常差动变压器自检测方法的奇异问题。4． 针对磁轴承控制器可靠性方面的要求，利用Virtex FPGA配置数据回读和LEON3支持多处理器的特性，提出了一种基于FPGA的自修复磁轴承数字控制器。本文搭建的新型磁轴承数字控制系统的稳定性和可靠性有一定提高，对磁悬浮飞轮的工程化研究和空间应用具有重要的意义。