[发明专利]一种高速磁悬浮飞轮稳定控制系统

摘要

一种高速磁悬浮飞轮稳定控制系统，包括位移传感器、位移信号接口电路、转速检测电路、磁轴承控制器和磁轴承功率放大驱动电路。磁轴承控制器包括轴向磁轴承控制器和径向磁轴承控制器，其中径向磁轴承控制器由分散PID控制模块和交叉反馈控制模块两部分组成，两模块输出之间以相互交叉并联的反馈方式相连。本发明在分散PID控制的基础上，并联引入由前向涡动滤波器和后向涡动滤波器组成的交叉反馈控制，利用前向涡动、后向涡动在频率和涡动方向上的差别，以及前向涡动、后向涡动随转速的变化规律，结合飞轮转子转速信号，对前向涡动和后向涡动同时实现相位超前补偿，从而有效提升飞轮的临界转速，同时保证磁悬浮飞轮系统在整个升、降速过程中稳定运转。

主权项

1、一种高速磁悬浮飞轮稳定控制系统，包括位移传感器(1)、位移信号接口电路(2)、转速检测电路(4)、磁轴承控制器(5)、磁轴承功率放大驱动电路(6)，其中磁轴承控制器(5)由轴向磁轴承控制器和径向磁轴承控制器组成，其特征在于：所述的径向磁轴承控制器由X向两端的2个分散PID控制模块(8)、Y向两端的2个分散PID控制模块(8)及X向和Y向交叉反馈控制模块(9)组成，位移传感器(1)检测出飞轮径向X两端位移信号Xa、Xb，径向Y两端位移信号Ya、Yb，经过位移信号接口电路(2)后分为两路控制，其中一路分别送至4个分散PID控制模块(8)，用于实现飞轮的静态悬浮和低转速下的稳定控制；另一路，X向两端位移信号Xa、Xb经过涡动检测器(10)将X向涡动信号检测出后，送至X向交叉反馈控制模块(9)输入端，Y向两端位移信号Ya、Yb经过涡动检测器(10)将Y向涡动信号检测出后，送至Y向交叉反馈控制模块(9)的输入端，X向交叉反馈控制模块(9)的输出以相反的极性分别与Y向两端2个分散PID控制模块(8)的输出相并联，Y向交叉反馈控制模块(9)的输出以相反的极性分别与X向两端2个分散PID控制模块(8)的输出相并联，整体上连接成X向、Y向交叉反馈控制模块输出之间相互反相与X向、Y向PID控制模块输出交叉并联的反馈方式(11)，用于实现飞轮前向涡动和后向涡动的相位超前补偿控制；同时，转速检测电路(4)将检测到的飞轮转速信号分别送至X向和Y向交叉反馈控制模块(9)，用于交叉反馈控制模块(9)跟踪飞轮转子(3)的转速，以便能够随时调节其相位超前量和交叉反馈量；经过相位超前补偿的X向和Y向共4路径向输出控制信号和1路轴向输出控制信号经磁轴承功率放大驱动电路(6)，生成控制电流送到磁轴承线圈(7)，实现对飞轮转子(3)的闭环主动悬浮控制。