[实用新型]一种适用于各自由度不同偏置组合的磁轴承控制装置

说明书

一种适用于磁轴承各自由度不同偏置组合的磁轴承控制装置，用来对磁悬浮‑转子系统进行主动控制，主要包括：控制板、转接板和功放板。该装置通过控制板上的接口电路获取磁轴承转子位移信号、线圈电流、转速信号数据，DSP芯片根据采集的数据生成控制量，发送给FPGA进行PWM的生成，然后输出给驱动板的功放环节，生成磁轴承线圈所需的电流，从而实现对磁轴承‑转子系统的主动控制。本实用新型适用于磁轴承各自由度不同偏置组合的情况，磁轴承的5个自由度采用永磁偏置和电磁偏置的数量任意分配、无论电磁偏置还是永磁偏置都可以实现三电平控制策略减小电流纹波、并且所用PWM引脚数量尽量少，克服现有的磁轴承控制器对于各自由度电磁偏置和永磁偏置组合不够灵活、电流纹波较大、驱动电路采用独立电源导致成本高等问题。

技术领域

本实用新型涉及一种适用于各自由度不同偏置组合的磁轴承控制装置，用于对磁轴承系统进行控制，适用于磁轴承各自由度不同偏置组合的应用场合。

背景技术

磁轴承按照磁力的提供方式不同可分为三类：有源磁轴承(电磁偏置式磁轴承)、无源磁轴承和混合磁轴承(永磁偏置式磁轴承)。目前讨论最多的是电磁偏置式和永磁偏置式磁轴承。

在一个转动系统的磁轴承支承结构中，通常需要控制转子体的5个自由度(4个径向自由度和1个轴向自由度)，才能实现转子体的悬浮。设计者根据应用场合的不同，可能径向和轴向自由度的偏置结构设计不一样，组合也不尽相同，这时就需要能够适应不同自由度偏置组合的磁轴承控制装置来实现控制。

理论上讲，不同偏置组合磁轴承系统的适用性更强。本实用新型涉及的控制装置可以控制不同偏置组合的磁轴承共同支承一个转子体。

发明内容

本实用新型的技术解决问题：克服现有的磁轴承控制器对于各自由度电磁偏置和永磁偏置组合不够灵活、电流纹波较大、驱动电路采用独立电源导致成本高等问题，提供一种磁轴承的5个自由度采用永磁偏置和电磁偏置的数量任意分配、无论电磁偏置还是永磁偏置都可以实现三电平控制策略减小电流纹波、并且所用PWM引脚数量尽量少的方法。

本实用新型采用的技术方案为：磁轴承控制装置由磁轴承控制板(100)、转接板(101)、驱动板(102)(103)组成，控制板(100)和驱动板(102)(103) 之间通过转接板(101)连接。控制板(100)主要由FPGA(105)、DSP(104)、磁轴承位移检测电路(106)和磁轴承电流调理电路(107)等构成，实现磁轴承位移和电流的检测处理以及核心算法运算并输出控制信号；驱动板(102)和 (103)电路结构相同，每块驱动板包括5个PWM跳线选择电路(108)、5个电流跳线选择电路(109)、5个高速光耦自举式驱动电路(110)、5个电流检测电路(111)、5个单相全桥电路(112)，实现控制信号的功率放大，每个单相全桥电路由4个带反并联二极管的N沟道MOSFET单管(113)构成。

进一步，本实用新型中控制板(100)共包括30路PWM信号PWM1-PWM30 和10路电流信号I1-I10，通过跳线对控制板(100)提供的多路PWM和电流信号端子进行选择，以满足不同偏置组合磁轴承控制的需要。

进一步，本实用新型可用于5个自由度均为永磁偏置式的磁轴承控制。采用1块驱动板，5个单相全桥电路(112)，PWM跳线选择方式见具体实施方式。

本实用新型也可用于5个自由度均为电磁偏置式的磁轴承控制。采用2 块驱动板，10个单相全桥电路(112)，PWM跳线选择方式见具体实施方式。

本实用新型可用于4自由度永磁偏置+1自由度电磁偏置式磁轴承控制。采用2块驱动板，6个单相全桥电路(112)，PWM跳线选择方式见具体实施方式。

本实用新型可用于4自由度电磁偏置+1自由度永磁偏置式磁轴承控制。采用2块驱动板，9个单相全桥电路(112)，PWM跳线选择方式见具体实施方式。