[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

权利要求书

1.一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，其特征在于：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。

2.根据权利要求1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方法如下：

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；Iz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次轴向位移信号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：

HOUTax(k)＝1.85×HOUTax(k-1)-0.86×HOUTax(k-2)+0.096×OUTax(k)-0.179

       ×OUTax(k-1)+0.96×OUTax(k-2)；

HOUTay(k)＝1.85×HOUTay(k-1)-0.86×HOUTay(k-2)+0.096×

       OUTay(k)-0.179×OUTay(k-1)+0.96×OUTay(k-2)；

HOUTbx(k)＝1.85×HOUTbx(k-1)-0.86×HOUTbx(k-2)+0.096×

       OUTbx(k)-0.179×OUTbx(k-1)+0.96×OUTbx(k-2)；

HOUTby(k)＝1.85×HOUTby(k-1)-0.86×HOUTby(k-2)+0.096×

       OUTby(k)-0.179×OUTby(k-1)+0.96×OUTby(k-2)；

上式中，k表示第k次采样后的计算值，k-1表示第k-1次采样的计算值，

k-2表示第k-2次采样的计算值；

滤波后形成控制量HOUTax(k)、HOUTbx(k)、HOUTay(k)和HOUTby(k)，同时，五路电流传感器的信号经DSP控制单元进行比例运算后形成控制量：PIax(k)、PIbx(k)、PIay(k)、PIby(k)和PIz(k)。

与数字滤波后的控制量HOUTax(k)、HOUTbx(k)、HOUTay(k)、HOUTby(k)和OUTz(k)进行PWM波调制计算后形成如下PWM控制信号：

PWMax(k)＝HOUTax(k)+PIax(k)

PWMay(k)＝HOUTay(k)+PIay(k)

PWMbx(k)＝HOUTbx(k)+PIbx(k)

PWMby(k)＝HOUTby(k)+PIby(k)

PWMz(k)＝OUTz(k)+PIz(k)。