[实用新型]一种磁悬浮储能飞轮拖动电机一体化数字控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成化、高可靠磁悬浮储能飞轮拖动电机用数字控制装置，用于对磁悬浮储能飞轮的拖动电机进行主动控制，特别适用于高精度、高可靠、高集成度等场合。 

背景技术

磁悬浮储能飞轮是一种新一代的物理储能装置，具有大功率、高储能密度，绿色环保，并具有很强的抗干扰性和快速响应等优点，在国际上已逐步得到应用，并且必将成为我国新一代大规模储能装置的首选储能方式。 

目前磁悬浮储能飞轮拖动电机的控制方法大都采用核心处理器和外围芯片搭配的控制方案。这种控制方案的优点是：控制层次分明，核心处理器主要用来跑算法而外围处理器主要用来处理传感器信号的各种接口和负责控制PWM脉冲的产生。这样核心处理器和外围芯片在一定程度上可以灵活搭配，具有非常宽泛的选择。但是这种方案的缺点就是整个硬件控制系统的集成度不高，所占用的控制板面积大，从而造成了设计的复杂化和功耗的上升。还有就是核心处理器为了控制外围器件进行工作，需要和外围芯片进行频繁通信，造成了稳定性的下降。 

发明内容

本发明的技术解决问题是：主要用来解决磁悬浮储能飞轮用拖动电机数字控制系统中核心处理器和外围芯片分立带来的系统集成度不高、硬件控制电路复杂、控制板体积大和控制系统功耗高的问题，提供一种硬件设计简洁、集成度和稳定性高的磁悬浮储能飞轮拖动电机用数字控制装置。 

本发明的技术解决方案是：一种集成化、高可靠磁悬浮储能拖动电机用数字控制伺服装置，包括接口电路、通讯接口、DSP系统、电机功率模块、 传感器电路、磁悬浮储能飞轮拖动电机本体。其中接口电路包括拖动电机速度信号接口电路、电机绕组电流信号接口电路；电机功率模块包括电机高速光电隔离电路、电机脉冲保护驱动电路、电机三相H桥逆变电路；磁悬浮储能飞轮拖动电机本体包括电机定子绕组、电机转子；传感器电路包括电机绕组电流传感器、转子位置传感器。传感器电路分别获取飞轮转子位置信号、电机绕组电流信号；接口电路接收传感器电路检测到的飞轮转速信号、电机绕组电流信号，对这些信号进行滤波与放缩处理后将处理过的信号传输给DSP系统，DSP系统接收经接口电路处理后的电机转子转速信号、电机绕组电流信号对拖动电机进行转速的主动控制。DSP系统根据磁悬浮储能飞轮拖动电机绕组的电流、转子位置信号，通过控制算法生成转速控制量并将其进行PWM调制，再将调制完成的电机PWM信号直接经过电机高速光电隔离电路、电机脉冲驱动保护电路传送给电机三相H桥逆变电路生成所需的控制电流。DSP系统根据转子位置传感器检测的飞轮转子位置信号进行飞轮转速控制。控制系统中转子位置传感器用于获得磁悬浮储能飞轮转子即电机转子的转速信号。 

DSP系统采用一片DSP芯片作为处理器，完成磁悬浮储能飞轮拖动电机的转速控制，DSP控制芯片可以是TMS320F28335或TMS320F28346。 

DSP系统上有通讯接口，用于连接到上位控制计算机上，方便实现磁悬浮储能飞轮拖动电机用数字控制系统的在线调试。通过通讯接口磁悬浮储能飞轮拖动电机的运行状态信息可以上传到控制计算机，并可以通过通讯接口将控制计算机的控制指令下传到电机数字伺服控制系统。 

DSP系统通过通讯接口接收控制指令，并将磁悬浮储能飞轮运行状态参数上传至控制计算机。DSP系统将磁悬浮储能飞轮接收到的控制计算机传过来的转速指令转换为电机绕组电流指令，并比较电机绕组指令电流与传感器反馈过来的电机绕组电流，通过控制算法输出电机绕组电流控制量。磁悬浮储能飞轮拖动电机绕组电流控制量用于驱动控制系统功放，令拖动电机 按预设的指令速度旋转。在解算过程中DSP系统根据飞轮当前转速值实时调整电机电流控制参数。采用的控制算法为PID控制算法或模糊控制算法。 

本发明的原理是：本发明采用一片DSP芯片实现磁悬浮储能飞轮拖动电机的速度控制。磁悬浮储能飞轮拖动电机转速控制中主要部分为飞轮电机控制系统状态参数的采集与控制算法的实现。其中飞轮控制系统状态参数的采集主要分为模拟量的采集与数字量的采集，如飞轮电机绕组电流信号可通过DSP芯片自带的AD转换器来实现，另外转子位置信号为数字信号可通过DSP芯片自带的捕捉模块来实现电机转子位置信号的检测。本发明采用的控制算法为转速双闭环的PID。由此可见磁悬浮储能飞轮拖动电机的控制完全可以在一片DSP芯片上实现。