[发明专利]磁悬浮储能飞轮的磁轴承控制电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮储能飞轮的磁轴承控制电路及其控制方法。

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系统的磁轴承控制主要依赖于位置传感器采集到的转子位置信号。由于需要同时对五个轴向进行控制，所以需要五路传感器信号。五路信号进入磁轴承控制板时，会将干扰信号带入控制系统。同时在飞轮升速过程中，磁轴承线圈电流脉动导致飞轮系统振动，传感器将振动的信息代入控制系统可能会产生共振而进一步放大噪声。通用的处理方法为：在传感器调理电路上，加入一个3kHz的二级滤波电路来确保控制稳定和减小噪声。但是这种方案的缺点就是噪声依然较大，对控制的稳定性也有一定的影响。

发明内容

基于以上不足之处，本发明涉及一种磁悬浮储能飞轮的磁轴承控制电路及其控制方法，用于对磁悬浮储能飞轮磁轴承系统进行控制时减小噪声污染，适用于各类磁悬浮储能飞轮磁轴承控制场合。

本发明的技术解决方法是：一种磁悬浮储能飞轮的磁轴承控制电路，包括五路位移传感器接口、五路电流传感器接口、信号调理电路、二级滤波电路、DSP控制单元和功放驱动电路，五路转子位移传感器通过五路位移传感器接口与信号调理电路连接，五路电流传感器通过五路电流传感器接口与信号调理电路连接，信号调理电路与二级滤波电路连接，二级滤波电路与DSP控制单元的A/D接口连接，DSP控制单元与功放驱动电路连接；在每路位移传感器接口和信号调理电路之间，每路位移传感器接口通过电阻与大地连接；同时在二级滤波电路与DSP控制单元的A/D接口之间，每路连接信号通过电阻与大地连接；在DSP控制单元对五路转子位移传感器信号经PID运算，然后再进行一次二级数字低通滤波，最后经过交叉运算后，与五路电流传感器信号比例运算后求和，形成PWM波调制信号，输入功放驱动电路控制磁悬浮储能飞轮的转子悬浮。

本发明还具有如下特点：

1、如上所述的一种磁悬浮储能飞轮的磁轴承电控电路，其特征在于，DSP控制单元的具体控制量的计算如下：

首先形成一个控制量转子轴上下两端分别定义为A端和B端，Sax、Say分别表示A端位移传感器X、Y两个正交方向的转子径向位移信号；Sbx、Sby分别表示B端位移传感器X、Y两个正交方向的转子径向位移信号；Sz表示轴向传感器输出的轴向位移信号；Iax、Iay分别表示A端电流传感器X、Y方向的磁轴承线圈电流信号；Ibx、Iby分别表示B端电流传感器X、Y方向的磁轴承线圈电流信号；I z表示轴向电流传感器输出的轴向磁轴承线圈电流信号，则每路控制量的计算如下：

OUTax(k)＝PIDSax(k)+(Say(k)-Sby(k))*Kc

OUTbx(k)＝PIDSbx(k)-(Say(k)-Sby(k))Kc

OUTay(k)＝PIDSay(k)+(Sax(k)-Sbx(k))Kc

OUTby(k)＝PIDSby(k)-(Sax(k)-Sbx(k))Kc

OUTz(k)＝PIDSz(k)

上式中：k表示第k次采样，

PIDSax(k)表示第k次径向位移信号Sax采样后进行PID计算的结果，

PIDSbx(k)表示第k次径向位移信号Sbx采样后进行PID计算的结果，

PIDSay(k)表示第k次径向位移信号Say采样后进行PID计算的结果，

PIDSby(k)表示第k次径向位移信号Sby采样后进行PID计算的结果，

PIDSz(k)表示第k次轴向移信号Sz采样后进行PID计算的结果，

Kc表示交叉计算系数，等于0.01-0.05倍的转速，

OUTax(k)表示第k次采样后计算形成A端X方向的控制量，

OUTbx(k)表示第k次采样后计算形成B端X方向的控制量，

OUTay(k)表示第k次采样后计算形成A端Y方向的控制量，

OUTby(k)表示第k次采样后计算形成B端Y方向的控制量，

OUTz(k)表示第k次采样后计算形成轴向的控制量，

对该其中径向四路控制量：OUTax(k)、OUTbx(k)、OUTay(k)和OUTby(k)分别进行一个二级低通数字滤波，滤波器的差动计算方程如下：