[发明专利]一种集成化的高可靠磁悬浮储能飞轮数字控制装置

摘要

一种集成化的高可靠磁悬浮储能飞轮数字控制装置是一种能对磁悬浮储能飞轮系统电机与电磁轴承进行控制的装置，包括接口电路、FPGA系统、磁轴承控制功率模块、电机控制功率模块、磁悬浮储能飞轮系统、传感器电路，FPGA系统通过接口电路获取磁轴承转子位移信号、转速信号、磁轴承线圈电流、电机绕组电流等数据。一方面FPGA系统根据磁轴承转子位移信号、磁轴承线圈电流、转速信号，对电磁轴承的主动控制；另一方面FPGA系统根据转速指令、电机绕组电流、转速信号，对飞轮转速进行控制。实现了磁轴承数字控制器与电机数字控制器的集成化设计，提高了磁悬浮储能飞轮系统控制器集成度和可靠性，减小了体积和重量并降低了控制器的功耗。

主权项

一种集成化的高可靠磁悬浮储能飞轮数字控制装置，其特征在于包括接口电路(1)、通讯接口(2)、FPGA系统(3)、磁轴承功率模块(7)、电机功率模块(12)、传感器电路(16)、磁悬浮储能飞轮系统(8)，其中接口电路(1)包括位移传感器接口电路(24)、转速信号接口电路(23)、磁轴承电流传感器接口电路(22)、电机电流传感器接口电路(21)，磁轴承功率模块(7)包括磁轴承高速光电隔离电路(4)、磁轴承脉冲保护驱动电路(5)、磁轴承全桥式换能电路(6)，电机功率模块(12)包括电机高速光电隔离电路(15)、电机脉冲保护驱动电路(14)、电机半桥逆变电路(13)；磁悬浮储能飞轮系统(8)包括磁轴承线圈(9)、磁轴承转子(10)，电机本体(11)；传感器电路(16)包括电机电流传感器(20)、磁轴承电流传感器(19)、转子位置传感器(18)、转子位移传感器(17)，传感器电路(16)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和电机绕组电流信号；接口电路(1)接收传感器电路(16)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和电机绕组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FPGA系统(3)，FPGA系统(3)接收经接口电路(1)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和电机绕组电流信号分别进行电磁轴承的主动控制与磁悬浮储能飞轮转速控制，其中磁轴承线圈(9)的电流、磁悬浮储能飞轮系统(8)转子位置与磁轴承转子(10)位移信号，用于实现对电磁轴承的主动控制，FPGA系统(3)根据磁轴承线圈(9)的电流、磁悬浮储能飞轮系统(8)转子位置与磁轴承转子(10)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(4)、磁轴承脉冲驱动保护电路(5)传送给磁轴承全桥式换能电路(6)，生成磁轴承线圈(9)所需的控制电流；另外，FPGA系统(3)根据磁悬浮储能飞轮电机绕组的电流、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(15)、电机脉冲驱动保护电路(14)传送给电机半桥逆变电路(13)生成所需的控制电流；FPGA系统(3)根据转子位置传感器(18)检测的飞轮转子位置信号可分别进行电机控制；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(17)用于获得磁悬浮储能飞轮转子的悬浮位置信号。