[發明專利]基于DSP和FPGA的儲能飛輪磁軸承控制系統及方法

有效

• 申請號: 201210480176.2
• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN103836079A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 蔣濤;孫金剛
• 申請（專利權）人: 北京奇峰聚能科技有限公司
• 主分類號: F16C41/00
• 分類號: F16C41/00;F16C32/04;G05B19/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于DSP和FPGA的儲能飛輪磁軸承控制系統及方法。

背景技術

儲能飛輪是一種的機械儲能裝置，具有高效率、高儲能密度，綠色環保，使用壽命長，充放電迅速等優點，是新能源中的關鍵設備，是國際電力電子研究的熱點。目前儲能飛輪的控制系統主要采用單微處理器芯片(例如DSP芯片)搭配控制驅動電路來進行控制。此種控制方案最大優點是控制系統電路比較簡單，但是這種方案最大缺點是系統的自動化控制程度不高和無法對磁軸承的運行狀況在線實時監測。

發明內容

基于以上缺點，本發明公開一種基于DSP和FPGA的儲能飛輪磁軸承控制系統及方法，主要用來解決儲能飛輪的采用單微處理芯片控制系統自動化控制程度不高和無法對運行狀況在線實時監測等問題，同時還能對飛輪的運行狀況實時監測。本系統用于對儲能飛輪磁軸承系統進行穩定懸浮控制和實時運行狀況監測，特別適用于高精度、高自動化控制等場合。

本發明的技術解決方案是：一種基于DSP和FPGA的儲能飛輪磁軸承控制系統，包括DSP算法模塊(2)、FPGA驅動控制模塊(1)、磁軸承功率模塊(7)、磁軸承信號監測模塊(5)、磁軸承信號調理模塊(4)、A/D轉換模塊(3)、LCD顯示模塊(8)、鍵盤(11)、上位機通信模塊(9)、FPGA驅動控制模塊(1)包括A/D控制器模塊(12)、LCD控制器(13)、PWM發生器(14)、SCI通信模塊(15)、雙端口RAM(16)和鍵盤控制器(17)，DSP算法模塊(2)電信號連接FPGA驅動控制模塊(1)，磁軸承功率模塊(7)電信號連接FPGA驅動控制模塊(1)的PMW發生器(14)，鍵盤(11)電信號連接FPGA驅動控制模塊(1)的鍵盤控制器，上位機通信模塊(9)電信號連接FPGA驅動控制模塊(1)的SCI通信控制器(15)，LCD顯示模塊(8)電信號連接FPGA驅動控制模塊(1)的LCD控制器(13)，磁軸承信號監測模塊(5)電信號連接磁軸承信號調理模塊(4)，磁軸承信號調理模塊(4)電信號連接A/D轉換模塊(3)，A/D轉換模塊(3)電信號連接FPGA驅動控制模塊(1)的A/D采樣控制器(12)，磁軸承功率模塊(7)電信號連接飛輪磁軸承，通過PWM完成飛輪磁軸承線圈電流大小控制，來完成對飛輪運行的實時控制；磁軸承信號監測模塊(5)電信號連接對飛輪磁軸承轉子位移信號和磁軸承線圈電流線信號的監測。

本發明還具有如下特征：

1、所述的DSP算法模塊(2)采用BP神經網絡-PID算法完成對磁軸承的穩定懸浮控制，采用FFT算法完成對磁軸承運行狀況的實時監控。

2、所述的DSP算法模塊(2)采用TMS320F28335，FPGA驅動控制模塊(1)采用EP2C8Q208C8。

3、一種基于DSP和FPGA的儲能飛輪磁軸承控制方法，如下：磁軸承信號監測模塊(5)中電流傳感器和電渦流傳感器分別捕獲磁軸承線圈電流信號、磁軸承轉子位移信號，信號調理模塊(4)對磁軸承信號監測模塊(5)捕獲的信號進行濾波與放大，把信號調理在0-2.5V的范圍內，FPGA驅動控制模塊(1)通過A/D采樣控制器(12)控制A/D轉換模塊(3)對調理后電流信號和位移信號的采集，并將采集后的數據存放在FPGA的內嵌雙端口RAM(16)中，DSP算法模塊(2)從FPGA驅動控制模塊(1)的內嵌雙端口RAM(16)中讀取數據，通過BP神經元-PID算法(18)和FFT算法(19)處理數據生成磁軸承控制信號和磁軸承實時監測信號，處理后數據又被存放在FPGA驅動控制模塊(1)中內嵌雙端口RAM(16)中，FPGA驅動控制模塊(1)讀取這些信息，一方面驅動LCD控制器(13)在LCD顯示模塊(8)上顯示頻譜信號，另一面驅動PWM發生器生成PWM波，通過磁軸承功率模塊(7)控制飛輪本體(6)。

本發明與現有技術相比的優點在于：本發明利用了DSP芯片和FPGA芯片來構建儲能飛輪磁軸承自動控制系統，與現有儲能飛輪磁軸承控制系統相比具有以下突出特點：

(1)較現有的儲能飛輪磁軸承控制系統采用兩片核心處理器搭配外圍電路的數字控制系統，本發明具有模塊化設計的優點：電路簡單、系統穩定、控制精度高。

(2)較現有的儲能飛輪磁軸承控制系統采用兩片核心處理器搭配外圍電路的數字控制系統，系統需要的大量數據運算由浮點型芯片DSP來完成，使得系統實時控制和實時監測能力更強，提高了系統的整體精確度。