磁悬浮储能飞轮的磁轴承控制电路及其控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103883621103883621A(43)申请公布日2014.06.25(21)申请号201210560049.3(22)申请日2012.12.21(71)申请人北京奇峰聚能科技有限公司地址100010北京市东城区东四前炒面胡同33号瀚海科技大厦六层(72)发明人蒋涛李虎全(51)Int.Cl.F16C32/04(2006.01)F16C41/00(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书5页说明书5页附图2页附图2页(54)发明名称磁悬浮储能飞轮的磁轴承控制电路及其控制方法(57)摘要一种磁悬浮储能飞轮的磁轴承电控电路及其控制量计算方法，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，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。本发明有效地将位移传感器的干扰信号衰减，使控制更稳定，减小噪声污染。CN103883621ACN103862ACN103883621A权利要求书1/2页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))*KcOUTbx(k)＝PIDSbx(k)-(Say(k)-Sby(k))KcOUTay(k)＝PIDSay(k)+(Sax(k)-Sbx(k))KcOUTby(k)＝PIDSby(k)-(Sax(k)-Sbx(k))KcOUTz(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)；2CN1