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一种磁悬浮反作用 飞轮 电机控制系统

阅读：560发布：2020-09-25

专利汇可以提供一种磁悬浮反作用飞轮电机控制系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种磁悬浮反作用飞轮电机控制系统，主要由Cuk升降压变换器、永磁无刷直流电动机、三相星型半桥、数字控制器、能耗单元等部件组成。系统通过位置检测装置将检测到的位置信号送入数字控制器，经数字控制器计算转换成PWM信号输出以控制Cuk升降压变换器的变压比、能耗单元和永磁无刷直流电动机换相及调速。本发明能够在不改变输入电压的情况下根据转速变化实时地对稳恒直流电源电压进行升降压变换以驱动永磁无刷直流电动机，通过三相星型半桥控制永磁无刷直流电动机换相，通过增大永磁无刷直流电动机输出力矩系数扩展磁悬浮反作用飞轮最大加速力矩，改善了系统动态性能，同时不增加总体功耗，对电能有限的航天器具有重要的应用价值。，下面是一种磁悬浮反作用飞轮电机控制系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种磁悬浮反作用飞轮电机控制系统，其特征在于：由稳恒直流电源(1)、Cuk升降压变换器(2)、能耗单元(3)、三相星型半桥(4)、永磁无刷直流电动机(5)、位置检测装置(6)和数字控制器(7)组成，稳恒直流电源(1)提供给Cuk升降压变换器(2)一个恒定电压，Cuk升降压变换器(2)经能耗单元(3)、检测电阻R和三相星型半桥(4)接永磁无刷直流电动机(5)，Cuk升降压变换器(2)用于对稳恒直流电源(1)输出电压进行升降压变换，能耗单元(3)用于降速过程中的能耗制动，检测电阻R在三相星型半桥(4)与地之间，用于检测永磁无刷直流电动机绕组电流，通过三相星型半桥(4)对永磁无刷直流电动机(5)进行换相控制，位置检测装置(6)用于检测永磁无刷直流电动机(5)转子位置信号，将其送入数字控制器(7)，在数字控制器(7)中根据换相表产生PWM1～PWM3信号用于控制三相星型半桥(4)，同时数字控制器(7)对永磁无刷直流电动机(5)绕组电流和Cuk升降压变换器(2)输出电压进行采样，并经转速调节和电流调节转换成PWM4信号和PWM5信号，其中PWM4信号用于控制能耗单元(3)，PWM5信号用于控制Cuk升降压变换器(2)的变压比，且随着永磁无刷直流电动机(5)转子转速的变化实时调整Cuk升降压变换器(2)变压比以控制永磁无刷直流电动机(5)的驱动电压；三相星型半桥(4)包括三个自关断功率器件，其漏极分别接永磁无刷直流电动机的三相绕组，通过调整三个自关断功率器件的开通与关断对永磁无刷直流电动机(5)的换相进行控制，源极接检测电阻R输出端；
所述的Cuk升降压变换器(2)包括输入滤波电感(21)、自关断功率器件(22)、输入滤波电解电容(23)、快恢复功率二极管(24)、输出滤波电感(25)和输出滤波电解电容(26)，其中输入滤波电感(21)一端接稳恒直流电源(1)的输出端，另一端接自关断功率器件(22)的漏极和输入滤波电解电容(23)，输入滤波电解电容(23)输出端分别接快恢复二极管(24)的阳极和输出滤波电感(25)的输入端，输出滤波电感(25)的输出端分别接输出滤波电解电容(26)和永磁无刷直流电动机(5)中线，自关断功率器件(22)源极、快恢复二极管(24)的阴极、输出滤波电解电容(26)的输出端均接地，其中输入滤波电解电容(23)用于能量传递并和输入滤波电感(21)对稳恒直流电源(1)电压进行滤波，输出滤波电感(25)和输出滤波电解电容(26)用于储能并对输出电压进行滤波，通过控制自关断功率器件(22)导通与关断时间对Cuk升降压变换器(2)变压比进行调整；
为使Cuk升降压变换器工作在电流连续导通模式下，Cuk升降压变换器须满足如下关系：
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2Lfs/R1≥(1-D)，其中L为输入滤波电感(21)与输出滤波电感(25)的并联等效值，R1为永磁无刷直流电动机等效电阻，fs为调制频率，D为Cuk升降压变换器(2)的自关断功率器件(22)导通比；
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所述数字控制器(7)由DSP(71)、FPGA(72)、EPROM(73)、模数转换模块(74)和数字I/O(75)组成，数字I/O(75)用于将位置检测装置(6)输出的永磁无刷直流电动机(5)转子位置信号传给FPGA(72)，在FPGA(72)中根据换相表生成PWM1～PWM3信号用于控制三相
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星型半桥(4)，EPROM(73)用于存储DSP(71)的运算源程序，模数转换模块(74)对Cuk升降压变换器(2)输出电压、永磁无刷直流电动机(5)绕组电流、永磁无刷直流电动机(5)转子位置信号进行采样，由FPGA(72)读取采样值传给DSP(71)，经转速调节和电流调节后由FPGA(72)生成PWM4信号和PWM5信号；
当永磁无刷直流电动机(5)转子转速低于3000r/min时，FPGA(72)输出的PWM5占空比小于0.5，Cuk升降压变换器(2)变压比小于1，当永磁无刷直流电动机(5)转子转速高于3000r/min时，FPGA(72)输出的PWM5信号占空比将大于0.5，Cuk升降压变换器(2)变压比大于1，当永磁无刷直流电动机(5)转子转速为5000r/min时，FPGA(72)输出的PWM5信号占空比等于0.6，Cuk升降压变换器(2)变压比等于1.5。
2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮反作用飞轮电机控制系统，其特征在于：所述的能耗单元(3)包括一个功率电阻(31)和一个自关断功率器件(32)，其中功率电阻(31)的一端接定子绕组中线，在能耗制动过程中用于消耗永磁无刷直流电动机(5)反电动势产生的能量，另一端接自关断功率器件(32)的漏极，自关断功率器件(32)源极接地，能耗单元(3)的自关断功率器件(32)采用功率大于4w的器件。
3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮反作用飞轮电机控制系统，其特征在于：所述的位置检测装置(6)由霍尔位置传感器(61)、低通滤波器(62)和整形电路(63)组成，霍尔位置传感器(61)检测永磁无刷直流电机(5)转子位置信号，经低通滤波器(62)滤波、整形电路(63)整形后输出送至数字控制器(7)，用于控制永磁无刷直流电动机(5)的换相及调速。

说明书全文

一种磁悬浮反作用飞轮 电机控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种磁悬浮反作用飞轮电机控制系统，可用于在输入电压不变的情况下扩展卫星等航天器姿态控制执行机构的最大加速力矩。

背景技术

[0002] 卫星等航天器的姿态控制执行机构有时需要较大的输出转矩，且其驱动部件要求功耗低，以便充分利用航天器有限的电力能源。为了实现扩展卫星等航天器的姿态控制执行机构的最大加速力矩，通常采用增加永磁无刷直流电动机力矩系数来实现，但反电动势将增加到稳恒直流电源电压的数倍，在不增加输入电压的情况下，需要进行升压变换以驱动永磁无刷直流电动机；同时，在永磁无刷直流电动机升速过程中，当转速较低时，永磁无刷直流电动机反电动势低于稳恒直流电源电压，需要进行降压变换以驱动电机。目前的姿态控制执行机构的驱动部件，多由稳恒直流电源直接加至由功率器件组成的三相逆变桥中，通过数字控制器采样位置信号、转速信号和电流信号，采用PWM调制方式对电动机进行调速。这种结构的驱动部件其直流侧供电电压恒定，无法根据需要任意调整加在永磁无刷直流电动机定子绕组两端的驱动电压，当永磁无刷直流电动机转子转速较低时，驱动电压过高，只能通过能耗单元将过高的驱动电压能源消耗掉，功耗增加，造成不必要的浪费；当增大永磁无刷直流电动机输出力矩时，只能靠增大输入电压来提高永磁无刷直流电动机的驱动电压，功耗也相应较大。

发明内容

[0003] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种磁悬浮反作用飞轮电机控制系统，该控制系统不需改变输入电压且不影响总体功耗。

[0004] 本发明的技术解决方案是：由稳恒直流电源、Cuk升降压变换器、能耗单元、三相星型半桥、永磁无刷直流电动机、位置检测装置和数字控制器组成，稳恒直流电源提供给Cuk升降压变换器一个恒定电压，Cuk升降压变换器后经能耗单元、检测电阻R和三相星型半桥接永磁无刷直流电动机，Cuk升降压变换器用于对稳恒直流电源输出电压进行升降压变换，能耗单元用于降速过程中的能耗制动，检测电阻R在三相星型半桥与地之间，用于检测永磁无刷直流电动机绕组电流，通过三相星型半桥对永磁无刷直流电动机进行换相控制，位置检测装置用于检测永磁无刷直流电动机转子位置信号，将其送入数字控制器，在数字控制器中根据换相表产生PWM1～PWM3信号用于控制三相星型半控桥，同时数字控制器对永磁无刷直流电动机绕组电流和Cuk升降压变换器输出电压进行采样，并经转速调节和电流调节转换成PWM4信号和PWM5信号，其中PWM4信号用于控制能耗单元，PWM5信号用于控制Cuk升降压变换器的变压比，且随着永磁无刷直流电动机转子转速的变化实时调整Cuk升降压变换器变压比以控制永磁无刷直流电动机的驱动电压。

[0005] 所述的Cuk升降压变换器包括输入滤波电感、自关断功率器件、输入滤波电解电容、快恢复功率二极管、输出滤波电感和输出滤波电解电容，其中输入滤波电感一端接稳恒直流电源的输出端，另一端接自关断功率器件的漏极和输入滤波电解电容，输入滤波电解电容输出端接快恢复二极管的阳极和输出滤波电感的输入端，输出滤波电感的输出端接输出滤波电解电容和永磁无刷直流电动机中线，自关断功率器件源极、快恢复二极管的阴极、输出滤波电解电容的输出端均接地，其中输入滤波电解电容用于能量传递并和输入滤波电感对稳恒直流电源电压进行滤波，输出滤波电感和输出滤波电解电容用于储能并对输出电压进行滤波，通过控制自关断功率器件导通与关断时间对Cuk升降压变换器变压比进行调整。

[0006] 所述的能耗单元包括一个功率电阻和一个自关断功率器件，其中功率电阻的一端接定子绕组中线，在能耗制动过程中用于消耗永磁无刷直流电动机反电动势产生的能量，另一端接自关断功率器件的漏极，自关断功率器件源极接地。

[0007] 所述的三相星型半桥包括三个自关断功率器件，其漏极分别接永磁无刷直流电动机的三相绕组，通过调整三个自关断功率器件的开通与关断对永磁无刷直流电动机的换相进行控制，源极接检测电阻R输出端。

[0008] 所述的位置检测装置由霍尔位置传感器、低通滤波器和整形电路组成，霍尔位置传感器检测永磁无刷直流电机转子位置信号，经低通滤波器滤波、整形电路整形后输出送至数字控制器，用于控制永磁无刷直流电动机的换相及调速。

[0009] 所述的数字控制器由DSP、FPGA、E2PROM、模数转换模块和数字I/O组成，数字I/O用于将位置检测装置输出的永磁无刷直流电动机转子位置信号传给FPGA，在FPGA中根据2
换相表生成PWM1～PWM3信号用于控制三相星型半控桥，EPROM用于存储DSP的运算源程序，模数转换模块对Cuk升降压变换器输出电压、永磁无刷直流电动机绕组电流、永磁无刷直流电动机转子位置信号进行采样，由FPGA读取采样值传给DSP，经转速调节和电流调节后由FPGA生成PWM4信号和PWM5信号。

[0010] 本发明的原理是：通过增加永磁无刷直流电动机力矩系数，可以扩展磁悬浮反作用飞轮的最大加速力矩，且采用统一单位制时，永磁无刷直流电动机反电动势常数与其力矩系数在数值上相同，达到同样的转速时，其反电动势也增加，将高于稳恒直流电源电压数倍，在不增加输入电压的情况下，需要进行升压变换以驱动永磁无刷直流电动机；当永磁无刷直流电动机转子转速较低时，永磁无刷直流电动机反电动势低于稳恒直流电源电压，在不改变输入电压的情况下，需要进行降压变换以驱动永磁无刷直流电动机。本发明采用Cuk升降压变换器对稳恒直流电源电压进行转换，Cuk升降压变换器工作在电流连续导通模式时，其输出电压与输入电压呈线性关系，变压比等于Cuk升降压变换电路中自关断功率器件导通时间与关断时间之比，为使Cuk升降压变换器工作在电流连续导通模式下，须满足如下关系：

[0011] 2Lfs/R≥(1-D)2，其中L为输入滤波电感与输出滤波电感的并联等效值，R为永磁无刷直流电动机等效电阻，fs为调制频率，D为自关断功率器件导通比。控制原理如图4所示，本发明在永磁无刷直流电动机升速过程中，利用位置检测装置检测的永磁无刷直流电动机转子位置信号经数字I/O送入FPGA，在FPGA中根据换相表产生三路换相信号PWM1～PWM3输出，通过控制三相星型半桥中三个自关断功率器件的导通与关断调整各相导通时序，控制永磁无刷直流电动机的换相，同时该位置信号在DSP中经过倍频补偿与模数转换模块采样得到的绕组电流信号一起经转速调节和电流调节得到一个电流调节量并随永磁无刷直流电动机转子转速的变化实时地进行调整，最终由FPGA生成PWM4信号和PWM5信号输出，且PWM5信号由FPGA设置一载波对对其进行调制，调制频率由系统晶振输出时钟频率与FPGA72所设载波峰值的比值决定，其中PWM4信号用于控制能耗单元，PWM5信号用于控制Cuk升降压变换器中自关断功率器件导通与关断，从而控制其变压比，当转速较高(本发明中相对于转速5000r/min指高于3000r/min)时，数字控制器输出PWM5信号使自关断功率器件导通比大于0.5，当转速较低(本发明中相对于转速5000r/min指低于3000r/min)时，自关断功率器件导通比小于0.5，即根据转速变化调整Cuk升降压变换器的变压比，并把Cuk升降压变换器的电压输出提供给三相星型半桥对永磁无刷直流电动机换相及调速进行控制，在降速制动过程中，当转速较高(本发明中相对于转速5000r/min指高于3000r/min)时，考虑到快恢复功率二极管24及各个自关断功率器件管压降，永磁无刷直流电动机5反电动势超过28V，PWM4信号置高，切断稳恒直流电源，在永磁无刷直流电动机、能耗单元及三相星型半控桥构成的制动回路中，由功率电阻消耗永磁无刷直流电动机反电动势产生的能量，进行能耗制动。

[0012] 本发明与现有技术相比的优点在于：根据转速变化合理调整永磁无刷直流电动机驱动电压，可以在保证永磁无刷直流电动机输入电压不变的前提下，驱动较大力矩系数的永磁无刷直流电动机，同时不增加总体功耗，所采用的Cuk升降压变换器电路相比传统的功率驱动电路可以线性地跟随永磁无刷直流电动机转子转速变化任意调整变压比，输入输出电流均没有脉动，且开关器件驱动电路相对简单，对输入电源干扰小。附图说明

[0013] 图1为本发明的原理框图；

[0014] 图2为图1的Cuk升降压变换器结构框图；

[0015] 图3为图1的数字控制器原理框图；

[0016] 图4为本发明的运算和控制原理图。

具体实施方式

[0017] 本实施例中，输入稳恒直流电压28V，永磁无刷直流电动机5参考转速设计为5000r/min，对应的永磁无刷直流电动机5反电动势设计为40V，为使Cuk升降压变换器2工
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作在电流连续导通模式下，须满足2Lfs/R≥(1-D)，其中L为输入滤波电感21与输出滤波电感25的并联等效值，R为永磁无刷直流电动机5等效电阻，fs为调制频率，D为自关断功率器件导通比，本发明中L为0.25mH，R为10Ω，PWM5信号调制频率设为40K。

[0018] 如图1所示，本实施例由稳恒直流电源1、Cuk升降压变换器2、能耗单元3、三相星型半桥4、永磁无刷直流电动机5、位置检测装置6和数字控制器7组成，稳恒直流电源1提供给Cuk升降压变换器2一个恒定电压，Cuk升降压变换器2后经能耗单元3、检测电阻R和三相星型半桥4接永磁无刷直流电动机5，用于对稳恒直流电源1输出电压进行升降压变换，能耗单元3用于降速过程中的能耗制动，检测电阻R在三相星型半桥4与地之间，用于检测永磁无刷直流电动机绕组电流，通过三相星型半桥4对永磁无刷直流电动机5进行换相控制，位置检测装置6用于检测永磁无刷直流电动机5转子位置信号，将其送人数字控制器7，在数字控制器7中根据换相表产生PWM1～PWM3信号用于控制三相星型半控桥4，同时数字控制器7对永磁无刷直流电动机5绕组电流和Cuk升降压变换器2输出电压进行采样，并经转速调节和电流调节转换成PWM4信号和PWM5信号，其中PWM4信号用于控制能耗单元3，PWM5信号用于控制Cuk升降压变换器2的变压比，且随着永磁无刷直流电动机5转子转速的变化实时调整Cuk升降压变换器2变压比以控制永磁无刷直流电动机5的驱动电压。

[0019] 如图2所示，所述的Cuk升降压变换器2包括输入滤波电感21、自关断功率器件22、输入滤波电解电容23、快恢复功率二极管24、输出滤波电感25和输出滤波电解电容26，其中输入滤波电感21和输入滤波电解电容23对稳恒直流电源1电压进行滤波及能量传递，输出滤波电感25和输出滤波电解电容26对输出电压进行滤波及储能，为使Cuk升降压
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变换器2工作在电流连续导通模式下，须满足2Lfs/R≥(1-D)，其中L为输入滤波电感21与输出滤波电感25的并联等效值，R为永磁无刷直流电动机5等效电阻，fs为调制频率，D为自关断功率器件导通比，本实施例输入滤波电感21和输出滤波电感25电感值选0.5mH，输入滤波电解电容23和输出滤波电解电容26电容值选10μF，自关断功率器件22，耐压高于稳恒直流电源1输入电压与Cuk升降压变换器2输出电压之和(本实施例中为70V)，本实施例选IRPF250N，耐压为200V，快恢复功率二极管24，须选导通关断速度快、耐压高于稳恒直流电源1输入电压与Cuk升降压变换器2输出电压之和(本实施例中为70V)的器件，本实施例选MUR440，耐压为280V，其中输入滤波电感21一端接稳恒直流电源1的输出端，另一端接自关断功率器件22的漏极和输入滤波电解电容23，对输入电压进行滤波，输入滤波电解电容23输出端接快恢复二极管24的阳极和输出滤波电感25的输入端，当自关断功率器件21导通、快恢复功率二极管22截止时，输入滤波电解电容25将其存储的能量释放给输出滤波电感24、输出滤波电解电容26及永磁无刷直流电动机5，输出滤波电感25的输出端接输出滤波电解电容26和永磁无刷直流电动机5中线，对输出进行滤波及储能，自关断功率器件22源极、快恢复二极管24的阴极、输出滤波电解电容26的输出端均接地，通过调节自关断功率器件21的开关时间调整Cuk升降压变换器2的变压比，从而控制其输出电压，自关断功率器件21的开关时间由数字控制器7根据转速变化进行调节。

[0020] 如图1所示，本发明所述的能耗单元3包括功率电阻31、自关断功率器件32，其中功率电阻31的一端接永磁无刷直流电动机5定子绕组中线，另一端接自关断功率器件32的漏极，在能耗制动过程中用于消耗永磁无刷直流电动机5反电动势产生的能量，所以选功率大于4W的器件，本实施例选阻值为0.5Ω，功率为10W，自关断功率器件32源极接地，用于控制能耗单元3的开通与关断，须选取耐压超过永磁无刷直流电动机5最大反电动势值(本实施例中为40V)，且由于Cuk升降压变换器2的电路特征，本实施例选P沟道型IRFP9240，耐压为200V。

[0021] 如图1所示，本发明所述的三相星型半桥4包括三个自关断功率器件，须选取耐压超过加在永磁无刷直流电动机5两端驱动电压的最大值(本实施例中为42V)，且由于Cuk升降压变换器2的电路特征，本实施例选P沟道型IRFP9240，耐压为200V，三个自关断功率器件的漏极分别接永磁无刷直流电动机的三相绕组，通过调整三个自关断功率器件的开通与关断对永磁无刷直流电机5的换相进行控制，源极均接地。

[0022] 如图1所示，在三相星型半桥之间和地加了0.05Ω的检测电阻R，用于检测绕组电流。

[0023] 如图1所示，本发明所述的位置检测装置6由霍尔位置传感器61、低通滤波器62和整形电路63组成，其中霍尔位置传感器61安装在永磁无刷直流电动机5的定子中，用于检测永磁无刷直流电机5转子位置信号，其输出由低通滤波器62进行滤波、整形电路63进行整形后输出方波信号送入数字控制器7，用于控制永磁无刷直流电动机5的换相及调速。

[0024] 如图3所示，本发明所述的数字控制器7由DSP71、FPGA72、E2PROM73、模数转换模2
块74和数字I/O75组成，其中DSP71采用TMS320C32，FPGA72采用A3P125，EPROM73采用
71256，模数转换模块74采用AD1674，数字I/O75采用MAX232，数字I/O75将位置检测装置
6输出信号传给FPGA72，在FPGA72中根据换相表产生PWM1～PWM3信号对永磁无刷直流电动机5的换相进行控制，模数转换模块74对永磁无刷直流电动机5转子位置信号、绕组电流信号和Cuk升降压变换器2的输出电压进行采样由FPGA72读取送入DSP71进行运算，经转速调节和电流调节转换成PWM4信号和PWM5信号由FPGA72输出，其中PWM4信号用于控制能耗单元3，PWM5信号用于控制Cuk升降压变换器2的变压比。

[0025] 整个控制过程具体描述如下：永磁无刷直流电动机5启动时，首先由数字控制器7输出以0.1为占空比的PWM5信号对永磁无刷直流电动机5进行驱动，在永磁无刷直流电动机5升速过程中，由位置检测装置6检测永磁无刷直流电机5转子位置信号并通过数字I/O75将其送入FPGA72，在FPGA72中根据换相表生成PWM1～PWM3，用于控制永磁无刷直流电动机5的换相，模数转换模块74对永磁无刷直流电动机5转子位置信号和永磁无刷直流电动机5绕组电流信号进行采样后由FPGA72送入DSP71，转子位置信号在DSP71中经过倍频补偿后进行PID运算求出永磁无刷直流电动机5转子转速，与参考转速比较，其差值经转速调节和电流调节并与永磁无刷直流电动机5绕组中实际电流值进行比较得到一个电流调节量，由DSP71传给FPGA72并与所设载波进行比较，当载波低于电流调节量时输出低电平，高于电流调节量时输出高电平，最终转换成PWM5信号用于控制Cuk升降压变换器2的变压比，且随着永磁无刷直流电动机5转子转速的变化实时地调整，永磁无刷直流电动机5转子转速低于3000r/min时，其驱动电压低于28V，根据永磁无刷直流电动机5转子转速由DSP71运算得到的电流调节量将大于FPGA72里设置的载波峰值的一半，FPGA72输出的PWM5占空比将小于0.5，Cuk升降压变换器2变压比小于1，为降压阶段；永磁无刷直流电动机5转子转速高于3000r/min时，考虑到永磁无刷直流电动机5反电动势、快恢复功率二极管24及各个自关断功率器件管压降，其驱动电压高于28V，根据永磁无刷直流电动机5转子转速由DSP71运算得到的电流调节量将小于FPGA72里设置的载波峰值的一半，FPGA72输出的PWM5信号占空比将大于0.5，Cuk升降压变换器2变压比大于1，为升压阶段，当永磁无刷直流电动机5达到参考转速5000r/min时，反电动势为40V，根据永磁无刷直流电动机5转子转速由DSP71运算得到的电流调节量达到最小，FPGA72输出的PWM5信号占空比约等于0.6，Cuk升降压变换器2变压比约等于1.5，系统进入稳速阶段，Cuk升降压变换器2的输出电压将维持不变，为稳压阶段。在降速制动过程中，当转速不低于3000r/min时，考虑到快恢复功率二极管24及各个自关断功率器件管压降，永磁无刷直流电动机5反电动势超过
28V，FPGA72将PWM4信号置为高电平，即切断稳恒直流电源1，Cuk升降压变换器2停止工作，在永磁无刷直流电动机5、能耗制动单元3、检测电阻R和三相星型半控桥4构成的回路中，由功率电阻31消耗永磁无刷直流电动机5反电动势产生的能量，进行能耗制动；当转速低于3000r/min时，永磁无刷直流电动机5反电动势低于28V，FPGA72将PWM4信号置为低电平，稳恒直流电源1继续供电，FPGA72将PWM5信号置为低电平，并根据换相表通过调整PWM1～PWM3信号，控制三相星型半控桥4中各自关断功率器件的开通与关断，改变永磁无刷直流电动机5各相绕组的导通时序，进行反接制动，整个降速制动过程中，位置检测装置
6和数字控制器7一直工作。本发明通过将Cuk升降压变换器2输出电压提供给三相星型半桥4，对拥有较大输出力矩系数的永磁无刷直流电动机5进行驱动和调速，从而实现扩展磁悬浮反作用飞轮最大加速力矩。

[0026] 总之，本发明能够在不改变输入电压的情况下根据转速变化实时地对稳恒直流电源电压进行升降压变换以驱动永磁无刷直流电动机，通过三相星型半桥控制永磁无刷直流电动机换相，通过增大永磁无刷直流电动机输出力矩系数扩展磁悬浮反作用飞轮最大加速力矩，改善了系统动态性能，同时不增加总体功耗，对电能有限的航天器具有重要的应用价值。

[0027] 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

[0028] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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