[发明专利]一种高可靠储能飞轮磁轴承数字控制系统

权利要求书

1.磁悬浮储能飞轮磁轴承数字控制装置，其特征在于包括接口电路(5)、通讯接口(13)、DSP系统(1)、磁轴承功率模块(2)、传感器电路(4)、磁悬浮储能飞轮系统(3)。其中接口电路(5)包括位移传感器接口电路(12)、磁轴承电流传感器接口电路(11)、转子位置信号接口电路(16)；磁轴承功率模块(2)包括磁轴承高速光电隔离电路(6)、磁轴承脉冲保护驱动电路(7)、磁轴承H桥换能电路(8)；磁悬浮储能飞轮系统(3)包括磁轴承线圈、磁轴承转子；传感器电路(4)包括磁轴承电流传感器(9)、转子位移传感器(10)和磁悬浮转子位置传感器(15)。传感器电路(4)分别获取磁轴承转子位移信号、飞轮转速信号、磁轴承线圈电流信号；接口电路(5)接收传感器电路(4)检测的磁轴承转子位移信号、飞轮转速信号、磁轴承线圈电流信号将这些信号进行滤波与放缩处理并将处理后的信号传输给DSP系统(1)，DSP系统(1)接收经接口电路(5)处理后的磁轴承转子位移信号、飞轮转速信号、磁轴承线圈电流信号进行电磁轴承的主动控制。其中磁轴承线圈(9)的电流、磁悬浮储能飞轮系统(3)转子位置与磁轴承转子位移信号，用于实现对电磁轴承的主动控制。DSP系统(1)根据磁轴承线圈(9)的电流、磁悬浮储能飞轮系统(3)转子位置与磁轴承转子位移信号，通过控制算法生成转子悬浮控制量并将其进行PWM调制，再将调制完成的磁轴承PWM信号直接经过磁轴承高速光电隔离电路(6)、磁轴承脉冲驱动保护电路(7)传送给磁轴承全桥式换能电路(8)，生成磁轴承线圈所需的控制电流。控制系统中转子位置传感器(15)用于获得磁悬浮储能飞轮的转速信号，转子位移传感器(10)用于获得磁悬浮储能飞轮转子的悬浮位置信号。

2.根据权利要求1对所设计的磁悬浮飞轮磁轴承控制系统的整体描述，其特征在于：所述的DSP系统(1)采用一片DSP芯片作为处理器，完成磁轴承转子5个自由度的控制，DSP芯片可以是TMS320F28335或TMS320F28346。

3.根据权利要求1对所设计的磁悬浮飞轮磁轴承控制系统的整体描述，其特征在于：所述DSP系统(1)上可有通讯接口(13)，用于连接到控制计算机上，方便实现磁悬浮储能飞轮控制系统的在线调试，通过通讯接口(13)将磁悬浮储能飞轮系统的运行状态信息传输到控制计算机并通过通讯接口(13)将控制计算机的控制指令传输到飞轮控制系统。

4.根据权利要求1对所设计的磁悬浮飞轮磁轴承控制系统的整体描述，其特征在于：控制系统的算法流程为：首先由控制计算机发出控制指令，DSP系统(1)通过通讯接口(13)接收控制指令，并将磁悬浮储能飞轮运行状态参数上传至控制计算机，DSP系统(1)根据电磁轴承悬浮指令与反馈的转子位移信号求解悬浮力，解算电磁轴承线圈绕组电流指令并比较电磁轴承线圈绕组电流指令与反馈线圈电流通过控制算法输出电磁轴承线圈电流控制量。在解算过程中DSP系统(1)根据飞轮当前转速值实时调整悬浮控制参数。

5.根据权利要求1对所设计的磁悬浮飞轮磁轴承控制系统的整体描述，其特征在于：所述的控制算法为带交叉反馈的PID控制算法。