專利名稱：一種集成化的磁懸浮儲(chǔ)能飛輪雙電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電氣控制領(lǐng)域，具體涉及一種集成化的磁懸浮儲(chǔ)能飛輪雙電機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
磁懸浮儲(chǔ)能飛輪是一種新一代的物理儲(chǔ)能裝置，具有大功率、高儲(chǔ)能密度，綠色環(huán)保，并具有很強(qiáng)的抗干擾性和快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)際上已逐步得到應(yīng)用，并且必將成為我國(guó)新一代大規(guī)模儲(chǔ)能裝置的首選儲(chǔ)能方式。由于磁懸浮儲(chǔ)能飛輪需要通過自身存儲(chǔ)的能量為控制系統(tǒng)供電，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛輪的懸浮控制和在超高速的情況下的充/放電控制，因此，對(duì)于整體電機(jī)控制裝置的精確度，可靠性和穩(wěn)定性等方面提出了較高的要求。目前磁懸浮儲(chǔ)能飛輪雙電機(jī)控制系統(tǒng)一般采用每個(gè)電機(jī)單獨(dú)的控制系統(tǒng)。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是:每個(gè)電機(jī)單獨(dú)控制，都是獨(dú)立的系統(tǒng)，互不影響。但是這種方案的缺點(diǎn)是:整個(gè)硬件系統(tǒng)體積大、功耗高、集成度差，并且存在較大的資源浪費(fèi)。

實(shí)用新型內(nèi)容基于以上不足之處，本實(shí)用新型的技術(shù)解決問題是:提供了一種硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，集成度高，穩(wěn)定性好，精度高的磁懸浮儲(chǔ)能飛輪雙電機(jī)控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:一種集成化的磁懸浮儲(chǔ)能飛輪雙電機(jī)控制系統(tǒng)，包括DSP控制系統(tǒng)、上/下電機(jī)Buck電路、上/下電機(jī)三相橋逆變電路、BOOST電路、上/下電機(jī)電流和位置檢測(cè)電路、放電電壓檢測(cè)電路和轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路，DSP控制系統(tǒng)包括DSP芯片和CPLD芯片，DSP芯片與CPLD芯片連接，DSP控制系統(tǒng)分別與上/下電機(jī)Buck電路、上/下電機(jī)三相橋逆變電路、上/下電機(jī)電流和位置檢測(cè)電路、放電電壓檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、BOOST電路連接；母線電壓與上電機(jī)Buck電路連接，上電機(jī)Buck電路與上電機(jī)三相橋逆變電路連接，上電機(jī)三相橋逆變電路與上電機(jī)連接；母線電壓與下電機(jī)Buck電路連接，下電機(jī)Buck電路與下電機(jī)三相橋逆變電路連接，下電機(jī)三相橋逆變電路與上電機(jī)連接；上/下電機(jī)三相橋逆變電路分別與BOOST電路連接，BOOST電路與負(fù)載電路連接，放電電壓檢測(cè)電路與BOOST電路連接；上/下電機(jī)分別與轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路連接，上電機(jī)與上電機(jī)電流和位置檢測(cè)電路連接，下電機(jī)與下電機(jī)電流和位置檢測(cè)電路連接。本實(shí)用新型還具有如下特征:1、儲(chǔ)能飛輪充電時(shí)，DSP控制系統(tǒng)分別發(fā)出上/下電機(jī)的定子電流控制信號(hào)通過對(duì)上電機(jī)Buck電路和下電機(jī)BUCK電路進(jìn)行電壓控制，達(dá)到對(duì)上電機(jī)和下電機(jī)的電壓值的調(diào)節(jié)，從而對(duì)上電機(jī)和下電機(jī)的定子電流進(jìn)行控制；DSP控制系統(tǒng)分別發(fā)出上/下路三相橋逆變電路的控制信號(hào)用于對(duì)上/下電機(jī)三相橋逆變電路分別驅(qū)動(dòng)上電機(jī)和下電機(jī)按給定的方向、速度和定子電流大小進(jìn)行充電，上/下電機(jī)電流和位置檢測(cè)電路分別檢測(cè)上/下電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，從而判斷電機(jī)的換相順序，并將該上/下電機(jī)位置信號(hào)和電流信號(hào)傳輸給DSP控制系統(tǒng)，DSP控制系統(tǒng)根據(jù)給定的充電電流與反饋的電流值的比較，采用PID控制算法使上/下電機(jī)的充電電流維持在一個(gè)穩(wěn)定的值，從而使上/下電機(jī)的充電電流實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。2、儲(chǔ)能飛輪放電時(shí)，電機(jī)升速到額定轉(zhuǎn)速后，DSP控制系統(tǒng)統(tǒng)根據(jù)控制要求，DSP控制系統(tǒng)產(chǎn)生放電控制信號(hào)，DSP控制系統(tǒng)統(tǒng)按照給定值以及Boost電路電壓反饋值采用PID控制算法進(jìn)行雙閉環(huán)控制，通過調(diào)整BOOST電路的上的占空比，BOOST電路將上電機(jī)和下電機(jī)由動(dòng)能產(chǎn)生的電能穩(wěn)壓到給定電壓值，然后為負(fù)載電路供電。3、所述的DSP控制系統(tǒng)分別發(fā)出上/下三相橋逆變電路的控制信號(hào)為脈寬調(diào)制PWM信號(hào)。4、所述的上電機(jī)和下電機(jī)為直流電機(jī)。5、所述的 DSP 芯片為 TMS320F28335。6、所述的 CPLD 芯片為 EPM7256AET144-7。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)磁懸浮儲(chǔ)能飛輪雙電機(jī)的高精度控制，更加精準(zhǔn)可靠的實(shí)現(xiàn)了磁懸浮儲(chǔ)能飛輪雙電機(jī)充/放電的要求。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于，采用DSP芯片加CPLD來構(gòu)建磁懸浮儲(chǔ)能飛輪雙電機(jī)控制系統(tǒng)，與現(xiàn)有的采用兩套獨(dú)立的磁懸浮儲(chǔ)能飛輪電機(jī)控制系統(tǒng)相比，具有以下特點(diǎn):(I)采用DSP芯片加CPLD作為核心處理器，同時(shí)控制兩路BUCK信號(hào)，一路BOOST信號(hào)以及兩路三相橋逆變電路，具有系統(tǒng)集成度高，可靠性好，硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。(2)采用DSP芯片加CPLD作為核心處理器，減少了系統(tǒng)操作難度，降低了成本，提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，由于采樣參數(shù)的增加，也使得系統(tǒng)的整體控制精度更高。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)組成框圖；圖3為本實(shí)用新型中的上下電機(jī)驅(qū)動(dòng)框圖；圖3為本實(shí)用新型中的上下電機(jī)BUCK供電框圖；圖4為本實(shí)用新型中的BOOST電路框具體實(shí)施方式
下面結(jié)合上說明書附圖舉例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明:實(shí)施例1:如圖:1所示，本實(shí)用新型包括:一種集成化的磁懸浮儲(chǔ)能飛輪雙電機(jī)控制系統(tǒng)，包括DSP控制系統(tǒng)1、上/下電機(jī)Buck電路2.3、上/下電機(jī)三相橋逆變電路4.5,BOOST電路6、上/下電機(jī)電流和位置檢測(cè)電路7.8、放電電壓檢測(cè)電路9和轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路10，DSP控制系統(tǒng)I包括DSP芯片和CPLD芯片，DSP芯片與CPLD芯片連接，DSP控制系統(tǒng)I分別與上/下電機(jī)Buck電路2.3、上/下電機(jī)三相橋逆變電路4.5、上/下電機(jī)電流和位置檢測(cè)電路
7.8、放電電壓檢測(cè)電路9、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路10、B00ST電路6連接；母線電壓與上電機(jī)Buck電路2連接，上電機(jī)Buck電路2與上電機(jī)三相橋逆變電路4連接，上電機(jī)三相橋逆變電路4與上電機(jī)連接；母線電壓與下電機(jī)Buck電路3連接，下電機(jī)Buck電路3與下電機(jī)三相橋逆變電路5連接，下電機(jī)三相橋逆變電路5與上電機(jī)連接；上/下電機(jī)三相橋逆變電路4.5分別與BOOST電路6連接，BOOST電路6與負(fù)載電路連接，放電電壓檢測(cè)電路9與BOOST電路6連接；上/下電機(jī)分別與轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路10連接，上電機(jī)與上電機(jī)電流和位置檢測(cè)電路7連接，下電機(jī)與下電機(jī)電流和位置檢測(cè)電路8連接。儲(chǔ)能飛輪充電時(shí)，DSP控制系統(tǒng)I分別發(fā)出上/下電機(jī)的定子電流控制信號(hào)通過對(duì)上電機(jī)Buck電路2和下電機(jī)BUCK電路3進(jìn)行電壓控制，達(dá)到對(duì)上電機(jī)和下電機(jī)的電壓值的調(diào)節(jié)，從而對(duì)上電機(jī)和下電機(jī)的定子電流進(jìn)行控制；DSP控制系統(tǒng)分別發(fā)出上/下路三相橋逆變電路的控制信號(hào)用于對(duì)上/下電機(jī)三相橋逆變電路4.5分別驅(qū)動(dòng)上電機(jī)和下電機(jī)按給定的方向、速度和定子電流大小進(jìn)行充電，上/下電機(jī)電流和位置檢測(cè)電路7.8分別檢測(cè)上/下電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，從而判斷電機(jī)的換相順序，并將該上/下電機(jī)位置信號(hào)和電流信號(hào)傳輸給DSP控制系統(tǒng)I ;DSP控制系統(tǒng)I根據(jù)給定的充電電流與反饋的電流值的比較，采用PID控制算法使上/下電機(jī)的充電電流維持在一個(gè)穩(wěn)定的值，從而使上/下電機(jī)的充電電流實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。儲(chǔ)能飛輪放電時(shí)，電機(jī)升速到額定轉(zhuǎn)速后，DSP控制系統(tǒng)統(tǒng)I根據(jù)控制要求，產(chǎn)生放電控制信號(hào)，DSP控制系統(tǒng)I按照給定值以及Boost電路電壓6反饋值采用PID控制算法進(jìn)行雙閉環(huán)控制，通過調(diào)整BOOST電路6的上的占空比，BOOST電路6將上電機(jī)和下電機(jī)由動(dòng)能產(chǎn)生的電能穩(wěn)壓到給定電壓值，然后為負(fù)載電路供電。所述的DSP控制系統(tǒng)I分別發(fā)出上/下三相橋逆變電路的控制信號(hào)為脈寬調(diào)制PWM信號(hào)。所述的上電機(jī)和下電機(jī)為直流電機(jī)。所述的DSP芯片為TMS320F28335。所述的CPLD 芯片為 EPM7256AET144-7。實(shí)施例2:如圖2所示，DSP控制系統(tǒng)通過對(duì)上下電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器信號(hào)的檢測(cè)進(jìn)行邏輯變化后產(chǎn)生脈寬調(diào)制PWM信號(hào)，產(chǎn)生的控制信號(hào)經(jīng)過功率驅(qū)動(dòng)芯片分別加到上電機(jī)的三相橋逆變電路及下電機(jī)的三相橋逆變電路，每路三相橋逆變電路都包括六個(gè)開關(guān)管，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一周要經(jīng)過六次換相，每次換相都有兩個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通，但是每一對(duì)上下管不能同時(shí)導(dǎo)通，開關(guān)管的不同順序?qū)刂齐妱?dòng)機(jī)各相繞組按一定順序工作，于是在電機(jī)氣隙中產(chǎn)生跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電機(jī)便可以轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖3所示，為磁懸浮儲(chǔ)能飛輪中的雙Buck結(jié)構(gòu)，Buck變換器也稱為降壓式變換器，是一種輸出電壓小于輸入電壓的單管不隔離直流變換器。DSP控制系統(tǒng)產(chǎn)生的PWM控制信號(hào)分別加到雙Buck電路和三相逆變橋的開關(guān)管，當(dāng)母線電壓直接加到三相橋兩端時(shí)，由于開關(guān)管的降壓作用導(dǎo)致開關(guān)管發(fā)熱嚴(yán)重。為了解決這個(gè)問題，母線電壓先經(jīng)過Buck電路降壓，然后再加到三相橋的兩端，開關(guān)管的發(fā)熱明顯減小，保證了三相逆變電路的可靠性與穩(wěn)定性。為磁懸浮儲(chǔ)能飛輪中的雙Buck結(jié)構(gòu)，Buck變換器也稱為降壓式變換器，是一種輸出電壓小于輸入電壓的單管不隔離直流變換器。DSP處理器系統(tǒng)根據(jù)給定的充電電流與反饋的電流值的比較，采用PID控制算法使電機(jī)的充電電流維持在一個(gè)穩(wěn)定的值，從而使電機(jī)的充電電流實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。如圖4所示為本實(shí)用新型的Boost放電結(jié)構(gòu)框圖，Boost變換器也稱為升壓變換器，是一種輸出電壓高于輸入電壓的單管不隔離直流變換器。當(dāng)電機(jī)升速到額定轉(zhuǎn)速后，需要對(duì)儲(chǔ)能飛輪進(jìn)行放電，DSP控制系統(tǒng)根據(jù)控制要求，產(chǎn)生放電控制信號(hào)，通過調(diào)整BOOST電路的上的占空比，按照系統(tǒng)給定值以及Boost電路電壓反饋值采用PID控制算法進(jìn)行雙閉環(huán)控制，滿足負(fù)載電路的電壓和電流要求。本系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了雙電機(jī)連續(xù)充放電的功能，而且降低了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。
權(quán)利要求1.一種集成化的磁懸浮儲(chǔ)能飛輪雙電機(jī)控制系統(tǒng)，包括DSP控制系統(tǒng)、上/下電機(jī)Buck電路、上/下電機(jī)三相橋逆變電路、BOOST電路、上/下電機(jī)電流和位置檢測(cè)電路、放電電壓檢測(cè)電路和轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路，其特征在于:DSP控制系統(tǒng)包括DSP芯片和CPLD芯片，DSP芯片與CPLD芯片連接，DSP控制系統(tǒng)分別與上/下電機(jī)Buck電路、上/下電機(jī)三相橋逆變電路、上/下電機(jī)電流和位置檢測(cè)電路、放電電壓檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、BOOST電路連接；母線電壓與上電機(jī)Buck電路連接，上電機(jī)Buck電路與上電機(jī)三相橋逆變電路連接，上電機(jī)三相橋逆變電路與上電機(jī)連接；母線電壓與下電機(jī)Buck電路連接，下電機(jī)Buck電路與下電機(jī)三相橋逆變電路連接，下電機(jī)三相橋逆變電路與上電機(jī)連接；上/下電機(jī)三相橋逆變電路分別與BOOST電路連接，BOOST電路與負(fù)載電路連接，放電電壓檢測(cè)電路與BOOST電路連接；上/下電機(jī)分別與轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路連接，上電機(jī)與上電機(jī)電流和位置檢測(cè)電路連接，下電機(jī)與下電機(jī)電流和位置檢測(cè)電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成化的磁懸浮儲(chǔ)能飛輪雙電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:儲(chǔ)能飛輪充電時(shí)，DSP控制系統(tǒng)分別發(fā)出上/下電機(jī)的定子電流控制信號(hào)通過對(duì)上電機(jī)Buck電路和下電機(jī)BUCK電路進(jìn)行電壓控制，達(dá)到對(duì)上電機(jī)和下電機(jī)的電壓值的調(diào)節(jié)，從而對(duì)上電機(jī)和下電機(jī)的定子電流進(jìn)行控制；DSP控制系統(tǒng)分別發(fā)出上/下路三相橋逆變電路的控制信號(hào)用于對(duì)上/下電機(jī)三相橋逆變電路分別驅(qū)動(dòng)上電機(jī)和下電機(jī)按給定的方向、速度和定子電流大小進(jìn)行充電，上/下電機(jī)電流和位置檢測(cè)電路分別檢測(cè)上/下電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，從而判斷電機(jī)的換相順序，并將該上/下電機(jī)位置信號(hào)和電流信號(hào)傳輸給DSP控制系統(tǒng)，DSP控制系統(tǒng)根據(jù)給定的充電電流與反饋的電流值的比較，采用PID控制算法使上/下電機(jī)的充電電流維持在一個(gè)穩(wěn)定的值，從而使上/下電機(jī)的充電電流實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成化的磁懸浮儲(chǔ)能飛輪雙電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:儲(chǔ)能飛輪放電時(shí)，電機(jī)升速到額定轉(zhuǎn)速后，DSP控制系根據(jù)控制要求，產(chǎn)生放電控制信號(hào)，DSP控制系統(tǒng)按照給定值以及Boost電路電壓反饋值采用PID控制算法進(jìn)行雙閉環(huán)控制，通過調(diào)整BOOST電路的上的占空比，BOOST電路將上電機(jī)和下電機(jī)由動(dòng)能產(chǎn)生的電能穩(wěn)壓到給定電壓值，然后為負(fù)載電路供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成化的磁懸浮儲(chǔ)能飛輪雙電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的DSP控制系統(tǒng)分別發(fā)出上/下三相橋逆變電路的控制信號(hào)為脈寬調(diào)制PWM信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種集成化的磁懸浮儲(chǔ)能飛輪雙電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的上電機(jī)和下電機(jī)為直流電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成化的磁懸浮儲(chǔ)能飛輪雙電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的DSP芯片為TMS320F28335。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成化的磁懸浮儲(chǔ)能飛輪雙電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的CPLD芯片為EPM7256AET144-7。
專利摘要一種集成化的磁懸浮儲(chǔ)能飛輪雙電機(jī)控制系統(tǒng)，包括DSP控制系統(tǒng)、上/下電機(jī)Buck電路、上/下電機(jī)三相橋逆變電路、BOOST電路、上/下電機(jī)電流和位置檢測(cè)電路、放電電壓檢測(cè)電路和轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路，DSP控制系統(tǒng)包括DSP芯片和CPLD芯片，DSP芯片與CPLD芯片連接，DSP控制系統(tǒng)分別與上/下電機(jī)Buck電路、上/下電機(jī)三相橋逆變電路、上/下電機(jī)電流和位置檢測(cè)電路、放電電壓檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、BOOST電路連接。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)磁懸浮儲(chǔ)能飛輪雙電機(jī)的高精度控制，更加精準(zhǔn)可靠的實(shí)現(xiàn)了磁懸浮儲(chǔ)能飛輪雙電機(jī)充/放電的要求，而且降低了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號(hào)H02P5/68GK202997983SQ20122071238
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者蔣濤, 劉崇翔 申請(qǐng)人:北京奇峰聚能科技有限公司