[發(fā)明專利]一種集成化雙框架磁懸浮控制力矩陀螺磁軸承控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910085711.2
• 申請日: 2009-05-27
• 公開（公告）號: CN101599670A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 房建成;王英廣;丁力;鄭世強;陳冬;王燦
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H02K7/09
• 分類號: H02K7/09;H02N15/00;F16C32/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 成金玉;盧 紀

1.一種集成化雙框架磁懸浮控制力矩陀螺磁軸承控制系統(tǒng)，其特征在于：由控制電路(3)、采集電路(4)和通訊接口(2)、上位機(1)構(gòu)成，其中，控制電路(3)包括DSP模塊(31)、FPGA模塊(32)、Flash(33)、SRAM(34)、轉(zhuǎn)速測量模塊(35)和晶振(36)；采集電路(4)包括D/A模塊(41)、A/D模塊(42)、雙框架轉(zhuǎn)速/位置接口電路(43)、位移傳感器接口電路(44)和電流傳感器接口電路(45)；通訊接口(2)包括USB接口(21)、RS232(22)和SPI接口(23)：

(a)在控制電路(3)中：FPGA模塊(32)接收A/D模塊(42)的電流值、位移值、內(nèi)外兩個框架各自的轉(zhuǎn)速和位置值，通過總線與DSP模塊(31)連接，交換控制過程中上述各數(shù)據(jù)量；接收轉(zhuǎn)速測量模塊(35)對霍爾傳感器(9)傳送的轉(zhuǎn)速信號經(jīng)過濾波整形后的轉(zhuǎn)速值，同時向D/A模塊(41)發(fā)送磁軸承的控制量；FPGA模塊(32)與FLASH(33)和SRAM(34)之間通過數(shù)據(jù)和地址總線連接，交換需要存儲的數(shù)據(jù)；FPGA模塊(32)接收由DSP模塊(31)對晶振(36)倍頻后的時鐘信號，并提供時鐘源給A/D模塊(42)；DSP模塊(31)根據(jù)FPGA模塊(32)送來的電流值、位移值、轉(zhuǎn)速值、內(nèi)外兩個框架各自的轉(zhuǎn)速和位置值，分別采用基本控制算法、交叉反饋算法和前饋控制算法計算總控制量，并傳回給FPGA模塊(32)，同時根據(jù)需要在線修改上述各控制算法中的參數(shù)；FPGA模塊(32)根據(jù)總控制量輸出PWM信號，驅(qū)動功放模塊(12)產(chǎn)生控制電流，實現(xiàn)陀螺轉(zhuǎn)子(8)穩(wěn)定懸浮；

(b)在采集電路(4)中：A/D模塊(42)接收電流傳感器接口電路(45)調(diào)理的電流值，接收位移傳感器接口電路(44)調(diào)理的位移值，接收雙框架轉(zhuǎn)速/位置接口電路(43)調(diào)理的內(nèi)外兩個框架各自的位置和轉(zhuǎn)速值；D/A模塊(41)接收FPGA模塊(32)發(fā)送的陀螺轉(zhuǎn)子(8)信息，并發(fā)送給框架控制系統(tǒng)(5)；

(c)在通訊接口(2)中：USB接口(21)和RS232(22)與FPGA模塊(32)通過雙向工作的總線實現(xiàn)與上位機(1)之間的數(shù)據(jù)交換；SPI接口(23)在DSP模塊(31)控制下向框架控制系統(tǒng)(5)發(fā)送陀螺轉(zhuǎn)子(8)的轉(zhuǎn)動信息，并接收補償內(nèi)外兩個框架不平衡振動各自的控制量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成化雙框架磁懸浮控制力矩陀螺磁軸承控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的DSP模塊(31)首先根據(jù)位移參考中心值及電流參考值求取位移偏差值、電流偏差值，調(diào)用基本控制算法計算基本控制量；根據(jù)轉(zhuǎn)速值調(diào)用交叉反饋算法計算交叉反饋量；根據(jù)內(nèi)外兩個框架各自的速度、位置值采用前饋控制算法對框架轉(zhuǎn)動引起的轉(zhuǎn)子位移跳動量計算前饋補償量；將基本控制量、交叉反饋量和前饋補償量合成為總控制量，并做限幅處理，再傳回給FPGA模塊(32)；同時根據(jù)上位機(1)的需要在線修改控制算法中的參數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成化的雙框架磁懸浮控制力矩陀螺磁軸承控制系統(tǒng)，其特征在于：磁軸承控制系統(tǒng)與框架控制系統(tǒng)(5)之間采取兩套通訊回路：FPGA模塊(32)利用D/A模塊(41)發(fā)送和A/D模塊(42)接收的功能，相互通訊已轉(zhuǎn)成模擬量的陀螺轉(zhuǎn)子(8)位移量與內(nèi)外兩個框架位置、轉(zhuǎn)速值；SPI接口(23)連接DSP模塊(31)的SPI同步串口，采用RS422差分傳輸協(xié)議，與框架控制系統(tǒng)(5)之間傳送數(shù)字控制量，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)字通訊接口的擴展和對外界噪聲的隔離功能。

4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的集成化雙框架磁懸浮控制力矩陀螺磁軸承控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的上位機(1)以串行方式接收由FPGA模塊(32)、USB接口(21)構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集功能部分發(fā)送的磁軸承位移、電流和控制量數(shù)據(jù)，采用普通的串口調(diào)試工具即可實現(xiàn)在線監(jiān)測和采集功能；上位機(1)對DSP模塊(31)中需要修改的算法參數(shù)編寫地址，形成串口通訊協(xié)議，通過RS232(22)采用串口方式查詢與修改控制參數(shù)，包括基本控制算法中的比例、積分和微分量，以及交叉反饋算法中低通和高通截止頻率與交叉反饋比例系數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成化雙框架磁懸浮控制力矩陀螺磁軸承控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的DSP模塊(31)、FPGA模塊(32)和A/D模塊(42)只用一個固定的晶振(36)做外部時鐘源，其中，DSP模塊(31)的內(nèi)部鎖相環(huán)將外部時鐘倍頻后輸出成為系統(tǒng)時鐘，提供給FPGA模塊(32)成為其時鐘源，A/D模塊(42)的時鐘由FPGA模塊(32)時鐘分頻得到。