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(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102013856A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102013856A(43)申请公布日2011.04.13(21)申请号201010613251.9(22)申请日2010.12.20(71)申请人北京航空航天大学地址100190北京市海淀区学院路37号(72)发明人房建成周新秀刘刚张然(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251代理人成金玉(51)Int.Cl.H02N15/00(2006.01)H02P6/08(2006.01)G05D17/02(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图6页(54)发明名称一种集成化、高可靠磁悬浮飞轮数字控制装置(57)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。CN1023856ACCNN102013856102013863AA权利要求书1/2页1.一种集成化、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(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(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(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。2.根据权利要求1所述的所述的一种集成化、高可靠磁悬浮飞轮数字控制装置,其特征在于:所述FPGA系统(3)上可有通讯接口(2),用于连接到控制计算机上,方便实现磁悬浮飞轮控制系统的在线调试,通过通讯接口(2)将磁悬浮飞轮系统的运行状态信息传输到控制计算机并通过通讯接口(2)将控制计算机的控制指令传输到飞轮控制系统。3.根据权利