一种集成化、高可靠磁悬浮飞轮数字控制装置

摘要

一种集成化、高可靠磁悬浮飞轮数字控制装置，是一种能够用来对磁悬浮飞轮系统电机与电磁轴承进行控制的装置，其主要包括接口电路、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；另外一方面FPGA系统根据输出力矩指令、电机绕组电流、转速信号，对飞轮输出力矩进行控制。本发明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，使得磁悬浮飞轮系统控制器集成度大大提高，减小了体积和重量，并降低了控制器的功耗，提高了控制器的可靠性。

主权项

一种集成化、高可靠磁悬浮飞轮数字控制装置，其特征在于包括接口电路(1)、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)和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)和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)和电机半桥逆变电路(13)；磁悬浮飞轮系统(8)包括磁轴承线圈(9)、磁轴承转子(10)和电机本体(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)和转子位移传感器(17)；电机电流传感器(20)获取由电机半桥逆变电路(13)检测的电机绕组电流信号，通过接口电路(1)的电机电流传感器接口电路(21)送至FPGA系统(3)中；磁轴承电流传感器(19)获取由磁轴承全桥式换能电路(6)检测的磁轴承电流信号，通过磁轴承电流传感器接口电路(22)送至FPGA系统(3)中；转子位置传感器(18)获取由电机本体(11)输出的转子位置信号，通过转速信号接口电路送至FPGA(3)中；转子位移传感器(17)获取由磁轴承转子(10)输出的转子位移信号，通过位移传感器接口电路(24)送至FPGA系统(3)中，FPGA系统(3)接收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)发送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数据，其中磁轴承电流传感器(19)、转子位置传感器(18)与转子位移传感器(17)检测的磁轴承线圈(9)的电流、磁悬浮飞轮系统(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、磁悬浮飞轮系统(8)转子位置与磁轴承转子(10)位移信号，通过PID运算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波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)根据电机电流传感器(20)、转子位置传感器(18)检测的飞轮电机绕组的电流、转子位置信号，通过PID运算生成力矩控制量并将其进行PWM调制，再将调制完成的电机PWM波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)生成输出控制力矩所需的控制电流。