刘鹏远，李建春，王晓瑜，肖跃华，曹扬

（北京航天控制仪器研究所，北京100039）



基于FPGA的磁悬浮轴承飞轮控制系统设计

刘鹏远，李建春，王晓瑜，肖跃华，曹扬

（北京航天控制仪器研究所，北京100039）

针对五自由度永磁偏置磁轴承飞轮，分析其结构参数及控制原理，设计了磁飞轮通用型电控系统。介绍了以FPGA为核心的控制系统构成，并阐述了控制器的设计策略，针对飞轮数据处理设计了一种通用型矩阵运算器。最终完成静态悬浮及低速旋转实验。

磁悬浮飞轮；FPGA；不完全微分PID；矩阵运算器

0　引言

磁悬浮轴承飞轮是空间卫星实现高精度姿态控制常用的执行机构。磁悬浮轴承技术是保障飞轮高效工作的关键，它利用电磁力将转子悬浮，使定、转子之间无机械接触，因此具有无磨损、无需润滑、使用寿命长、功耗低等优点。另外，磁悬浮轴承飞轮在高精度机床、飞轮储能电池、新能源汽车等方面都有越来越广泛的应用［1］。

磁轴承飞轮技术的关键在于磁轴承支撑技术，我国在磁轴承结构设计、控制策略等方面，都取得了长足的进展。

文献［2］提出一种针对飞轮控制的双滑膜变结构控制器，实验验证该控制器具有超调小、稳态误差小、响应速度快等优点；文献［3］提出章动失稳的主要原因是系统的相位滞后引起，进动失稳主要因为积分控制项对系统负阻尼作用引起，并给出了基于PID控制的解决方案；文献［4］实现了以DSP为核心的控制力矩陀螺控制器；文献［5］实现了给予FPGA的磁悬浮飞轮控制器的一体化设计；……