cmg电机控制系统是在原有的双模速度控制系统上进行电源部分的改变而来的，因此下面先对双模速度控制系统的系统组成及其原理进行简单的介绍。电机的控制系绋构成如图1所示，主要由控制器、功率驱动电路、锁相环电路、转子位置传感器和电流检测环节构成。

　　控制器由集成芯片mc33035和电流控制电路构成。

　　mc33035是单片直流无刷电机控制器，外接功率开关器件以及少量的外围元件，可方便地对三相无刷直流电机进行速度控制。

　　电流环是为了使电机以恒定的电流运转，以对电机转子产生恒定的加速力矩。这对于转动惯量高大的电机来说至关重要，它可以使电机一直以固定的电流驱动电机运转，驱动电流不会因为转速的升高而下降，从而可以解决由于驱动电流下降带来的电机效率低的问题。本系统的电流环具体框图如图2所示。

　　要进行电流控制，首先要时刻对电机的工作电流进行监控，因此电流传感器是电流环中的一个重要元件。本系统采用霍尔效应磁场补偿式电流传感器，检测电源母线电路电流。采用的lts25np霍尔电流传感器在0a电流时对应2．5v的输出电压，且每增加ia电流，霍尔对应的输出电压只增加零点几伏。为了精确灵敏地响应母线电流的瞬时变化，应用时霍尔检测输出先减去2。5v的基准电压，再把差值电压放大，以使电流环快速地修正电流的变化，进而输出恒定的电流值。式（4－9）为其传递函数：

　
　　由式（4－9），在电流负反馈的作用下，通过设定电压uset可以控制电流环输出，即控制无刷直流电机以恒功率工作。

　　由于航天器姿态控制系统对cmg的稳速精度要求很高（0.1％以上），如果采用普通的电机速度闭环控制，则很难达到指标要求，必须借助锁相环（pll）技术进行电机的稳速控制。

　　锁相环多应用于电机稳速状态，压控振荡器一般由功率放大器和电机本体所取代，反馈回路为霍尔速度信号。由于相位是频率的积分，锁相环是进行相位比较的，因此能使电机速度控制达到很高的精度。

　　本系统采用电机控制专用pll集成电路（如tc9242、tc9l42等）。tc9242采用两个8位dac（数字／模拟转换器）分别作为f/v和p／v变换。从6脚（fgin）输入电机的位置信号，经过tc9242从afc（自动频率控制端）输出的是第一个dac将数字量的频率差变换为模拟量的信号。从apc（自动相位控制端）输出的是fg／2（是pg的2分频信号）和fs（从同步时钟信号分频得到）相位比较得到相位差，经过另一个dac转换的输出电压信号。当fgin端反馈频率变化时，即电机转速不稳定时，afc和apc输出变化如下：

　　1）fgin在锁相范围以下时，afc和apc为高电平（h）；

　　2）fgin在锁相范围以上时，afc和apc为低电平（l）；
　
　　3）fgin在锁相范围之内时，afc线性输出，afc随着转速信号fcin的增大而减小。apc输出锯齿波形，若反馈转速信号fgin小于设定频率信号fo，apc输出斜率为正的锯齿波，如图3a所示；若反馈转速信号fgin大于设定频率信号fo，apc输出斜率为负的锯齿波，如图3b所示。

　　晶体振荡器频率fx的计算公式为

　　式中，k为分频系数，可选20或27；n为分频系数，可选3、4或5；a为每转脉冲数（对应于换相信号，即极对数p，本系统a=4）；no为锁定转速（r/min）

　　对于有位置传感器陀螺电机来说，若no=20000r／min，若取的分频系数均最小，即k＝20，n=3，a＝4，则晶体振荡器频率为fx=128×20×20000×3×4／60hz＝10.24（mhz），其速度反馈输人信号，也即位置传感器信号频率最大为20000×4／60hz=1.33khz，满足tc9242的工作条件。因此，可直接把电机的转子位置霍尔传感器信号输人给tc9242的速度反馈端fgin。

　　本系统采用锁相环路进行电机转速的高精度控制。锁相环控制电路虽然具有稳速精度高的优点，但也存在锁相速度缓慢、电机转速必须在锁相范围内才可锁相等不足。由于锁相环控制电路的以上特性，本系统对电机采取两种不同的控制模式：当电机转速不在锁相范围以内时，由控制器对电机进行恒流升速或降速控制，从而把电机转速带人锁相范围内；当电机转速处于锁相范围时，由锁相环电路和控制器对电机进行锁相稳速控制。

　　由工作特性的要求，希望当电机转速由于干扰出锁或者处于升速阶段时，控制系统能够较快地将电机转速带人锁相范围以内。因此，本控制系统设计为在锁相范围以下时，进行恒流升速，