[发明专利]一种调制方式可变的磁悬浮飞轮磁轴承数字控制系统

说明书

技术领域

本发明属于机电技术领域，涉及一种轴承控制系统，具体地说，涉及一种调制方式可变的磁悬浮飞轮磁轴承数字控制系统。

背景技术

磁轴承是通过磁力将转子悬浮起来并进行旋转的一种新型轴承，与传统的轴承相比具有无接触、无摩擦、高速度、高精度等优点，具有很强的研究意义和很广阔的应用空间。

目前在磁轴承的数字控制上，一般采用单个DSP芯片作为控制处理器的方案。这种方案的优点在于系统设计简单，集成度高。但是对于采用全桥结构的5自由度磁轴承，采用单个DSP芯片做控制器的方案只能实现两电平调制；要实现磁轴承的三电平调制，至少需要20路独立PWM控制通道。而一般的DSP芯片受到集成的PWM信号通道数限制，无法对5个磁轴承通道进行独立控制。

发明内容

为了克服现有技术中磁轴承控制中调制方式单一、系统设计复杂、稳定性差等缺陷，提出了一种硬件设计简洁、控制方式多样化和稳定性更高的磁轴承控制系统。其技术方案如下：

一种调制方式可变的磁悬浮飞轮磁轴承数字控制系统统，包括DSP处理器系统、FPGA处理器系统、PWM功放电路、信号调理电路，其中，DSP处理器系统是整个控制装置的核心，用于处理从信号调理电路得到的数据，根据相应的控制算法生成运算结果，并通过XINTF接口将该结果传送给FPGA处理器系统；FPGA处理器系统主要是将DSP处理器系统传输来的运算结果调制成PWM波形进行输出；PWM功放电路主要是根据PWM结果进行功率放大，驱动功率全桥电路进行工作，进而实现对磁轴承的控制；信号调理电路主要是将位移/电流的原始信号调理成DSP处理器系统内部ADC模块所能接受的电压范围。

进一步优选，所述的DSP处理器系统采用一片DSP芯片作为核心处理器，主要负责ADC采样和控制算法运算，通过DSP的XINTF接口实现与FPGA处理器系统的数据交换，DSP芯片采用TMS320F2833x系列。

进一步优选，所述的FPGA处理器系统采用一片Xilinx芯片生成PWM波形，并能够根据需要进行不同调制策略下的PWM信号输出。

进一步优选，PWM功放电路接收来自FPGA处理器系统的PWM信号，并根据需要通过调制策略选择开关实现两电平调制策略或三电平调制策略下信号的传送和驱动，信号隔离采用高速数字隔离芯片Si87xx，信号驱动采用高集成的三相全桥驱动芯片IR2233。

本发明的原理是：采用一片DSP芯片和一片FPGA芯片实现磁轴承的控制。信号调理电路将磁轴承的位移和电流信息转化为电压信号，DSP芯片对以上电压信号采样，然后经过控制算法得到运算结果，并通过内部XINTF接口发送给FPGA芯片；FPGA根据接收到的数据进行两电平方式调制或三电平方式调制，并输出到PWM功放电路；PWM信号通过PWM功放电路中的数字隔离电路、脉冲驱动保护电路驱动磁轴承全桥电路，生成磁轴承线圈所需的控制电流，进而控制磁轴承工作。

本发明的有益效果：本发明利用了一片DSP芯片和一片FPGA芯片来构建磁轴承控制系统，与其他的控制的系统相比，具有以下特点：

（1）采用DSP处理器为核心处理器，主要利用DSP内部ADC模块进行信号采样，并进行控制算法的运算，采用高速的XINTF接口与FPGA进行数据交换，具有系统集成度高，硬件电路结构简单、运算速度快等优点。

（2）采用FPGA处理器来生成不同调制策略下的PWM波形，调制功能实现过程简单，调制方式灵活可变。

（3）功放电路通过DSP数字指令的选择可以适应不同调制策略，采用数字隔离芯片来代替传统的隔离光耦芯片，采用三相全桥驱动芯片进行功率信号的驱动，具有集成度高、抗干扰能力强、隔离效果好等优点。

附图说明

图1为本发明的结构组成框图；

图2为本发明的DSP与FPGA接口图；

图3为本发明的FPGA工作原理图；

图4为本发明的PWM功放信号接口图；

图5为本发明的主程序流程图；

图6为本发明的DSP中定时器中断流程图；

图7为本发明的DSP中ADC中断流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。