一種磁懸浮分子泵用磁軸承與電機一體化控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種磁懸浮分子泵用磁軸承與電機一體化控制系統(tǒng)，包括DC/DC電源模塊、電機與磁軸承一體化控制裝置、信號隔離功放電路、電機功率主電路、電機電流電壓檢測與反電勢過零檢測調(diào)理電路、霍爾傳感器檢測電路、磁軸承電流位移檢測電路，電機功率主電路包括三相整流電路、Buck斬波調(diào)壓電路和三相逆變橋電路，電機與磁軸承一體化控制裝置包括霍爾傳感器接口電路、反電勢過零信號接口、電機控制信號接口電路、電機電流電壓傳感器信號接口與調(diào)理電路、磁軸承控制信號與電流信號接口、磁軸承位移信號接口與調(diào)理電路、DSP+FPGA控制單元。本發(fā)明的電機與磁軸承控制系統(tǒng)一體化設計，具有裝置體積小、硬件資源利用率、可靠性高等優(yōu)點。
【專利說明】一種磁懸浮分子栗用磁軸承與電機一體化控制系統(tǒng)
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁懸浮分子泵用磁軸承與電機一體化控制系統(tǒng)，適用于如磁懸浮分子泵等基于磁懸浮電機技術(shù)的高速旋轉(zhuǎn)機械，完成對電機與磁軸承的一體化控制。
【背景技術(shù)】
[0002]磁懸浮分子泵借助傳統(tǒng)的機械分子泵的技術(shù)基礎，針對高端真空儀器設備的迫切需求，利用磁懸浮電機無接觸摩擦、轉(zhuǎn)速高、無需潤滑、壽命長等優(yōu)點，將磁懸浮電機代替?zhèn)鹘y(tǒng)以機械軸承為支撐的電機以設計出國際先進水平的大抽速磁懸浮復合分子泵。磁懸浮分子泵應用范圍非常廣泛，如在高分辨率質(zhì)譜儀、長壽命電真空器件、高性能激光器、高精度慣性器件以及高端科學儀器等領域均有廣泛的應用。
[0003]在現(xiàn)有的磁懸浮分子泵中，一般將電機控制電路部分和磁軸承控制電路部分單獨設計成兩套電路系統(tǒng)，這樣的設計會使系統(tǒng)由于模塊集成度不高導致整機設備體積過大和設備整體可靠性降低，另外由于電機控制系統(tǒng)和磁軸承控制系統(tǒng)是單獨的兩套電路，這使得部分硬件資源利用率不高導致資源浪費，造成設計與制造成本升高等一系列缺點和問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有磁懸浮分子泵中將電機控制電路部分和磁軸承控制電路部分單獨設計成兩套電路系統(tǒng)所存在的由于模塊集成度不高導致整機設備體積過大和設備整體可靠性降低等問題，以減小系統(tǒng)整機設備體積、提高系統(tǒng)可靠性與硬件資源利用率和降低設計與制造成本。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種磁懸浮分子泵用磁軸承與電機一體化控制系統(tǒng)，包括DC/DC電源模塊、電機功率主電路、電機與磁軸承一體化控制裝置、第一信號隔離驅(qū)動電路和第二信號隔離驅(qū)動與功放電路、開關(guān)式霍爾傳感器檢測電路、電機反電勢過零檢測與調(diào)理電路、電機電流電壓檢測檢測電路和磁軸承電流位移檢測電路，通過DSP+FPGA控制單元，對磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子位置信號、角位置信號進行集中判斷識別，根據(jù)控制邏輯功能，發(fā)出控制指令，進行轉(zhuǎn)子懸浮、升速、降速、斷電保護操作，最終實現(xiàn)將電機與磁軸承的一體化；其中DC/DC電源模塊用于產(chǎn)生一體化控制電路中各芯片所需的供電電壓；三相整流電路將來自電網(wǎng)的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電，BUCK斬波調(diào)壓模塊根據(jù)給定的PWM控制信號將整流后的直流電調(diào)制為直流電壓進行輸出作為三相逆變器的直流母線電壓，三相逆變器根據(jù)6路開關(guān)控制信號對上、下橋臂IGBT進行開通與關(guān)斷控制以完成對無刷直流電機的換相操作；開關(guān)式霍爾傳感器檢測電路、電機反電勢過零檢測與調(diào)理電路、電機電流電壓檢測和磁軸承位移與電流檢測電路所檢測到的信號分別經(jīng)過開關(guān)式霍爾傳感器接口電路、反電勢過零信號接口、電機電流電壓傳感器信號接口與調(diào)理電路、磁軸承位移信號接口與調(diào)理電路和磁軸承電流信號接口后，輸入到DSP+FPGA控制單元，根據(jù)電流檢測、位移檢測模塊檢測得到的轉(zhuǎn)子的位置信號，DSP+FPGA控制單元發(fā)出轉(zhuǎn)子位置控制指令信號，進行磁軸承位移閉環(huán)控制算法運算，所得運算結(jié)果以PWM信號的形式輸入到磁軸承控制信號接口電路進行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的PWM控制信號分別經(jīng)第二信號隔離、驅(qū)動、功放電路后再輸入磁軸承線圈，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置控制；同時，DSP+FPGA控制單元根據(jù)開關(guān)式霍爾傳感器檢測電路(4 )和電機反電勢過零檢測與調(diào)理電路(5)實時檢測得到的轉(zhuǎn)子的角位置信號，利用DSP+FPGA控制單元發(fā)出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制指令信號，進行電機雙閉環(huán)調(diào)速控制算法運算，所得運算結(jié)果以PWM信號的形式輸入到電機控制信號接口電路進行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的PWM控制信號分別經(jīng)過第一信號隔離、驅(qū)動電路再輸入到BUCK調(diào)壓模塊、IGBT三相逆變器，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速控制，最終實現(xiàn)對電機與磁軸承的一體化控制。
[0006]由于純電磁式磁軸承控制需要20路PWM控制信號和10路電流信號檢測調(diào)理電路，而永磁偏置式磁軸承控制需要10路PWM控制信號和5路電流信號檢測調(diào)理電路，故本發(fā)明在PWM控制信號數(shù)量和電流檢測調(diào)理電路數(shù)量均。
[0007]此外，考慮到用戶實際應用場合需要，所述的電機和磁軸承一體化控制裝置對無刷直流電機的有傳感器控制方式和無傳感器控制方式兼容，同時對純電磁式磁軸承控制和永磁偏置式磁軸承控制也兼容，因此用戶可根據(jù)各自具體應用場合和性能指標要求來選擇無刷直流電機的有、無傳感器控制方式，而且對基于純電磁式磁軸承的產(chǎn)品和基于永磁偏置式磁軸承的產(chǎn)品均適用，此兼容式設計使得本發(fā)明使用更為靈活，適用范圍也更為廣泛。
[0008]本發(fā)明的原理是:本發(fā)明將磁軸承控制電路部分的磁軸承控制器、磁軸承控制信號接口電路、磁軸承電流信號接口、磁軸承位移信號接口與調(diào)理電路和電機控制電路部分的電機伺服控制器、電機控制信號接口電路、開關(guān)式霍爾傳感器接口電路、反電勢過零信號接口、電機電流電壓傳感器信號接口與調(diào)理電路、兩部分控制信號的電平轉(zhuǎn)換電路以及通訊接口電路進行集成設計，利用DSP+FPGA控制單元，對磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子位置信號、角位置信號進行集中判斷識別，根據(jù)DSP+FPGA控制單元的控制邏輯功能，發(fā)出控制指令，進行轉(zhuǎn)子懸浮、升速、降速、斷電保護操作，最終實現(xiàn)將電機與磁軸承的一體化；此控制裝置集成了電機控制與磁軸承控制兩部分功能，通過霍爾傳感器、反電勢過零檢測、電流電壓傳感器來檢測電機的轉(zhuǎn)速、位置與電流電壓信息，通過電流傳感器與位移傳感器檢測磁軸承電流、位移信息，此信息輸入到電機與磁軸承一體化控制裝置中進行電機與磁軸承控制運算即可得出電機與磁軸承PWM控制信號，此信號再經(jīng)過PWM信號隔離驅(qū)動即可通過控制BUCK模塊的輸出電壓與逆變器換相以實現(xiàn)對電機控制和通過控制全橋式換能電路以實現(xiàn)對磁軸承位移控制。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0010]( I)本發(fā)明將磁懸浮分子泵中的電機控制電路部分和磁軸承控制電路部分集成于同一控制裝置以實現(xiàn)電機與磁軸承的一體化控制，與傳統(tǒng)磁懸浮分子泵控制裝置相比，使用一套DSP+FPGA控制單元，對磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子位置信號、角位置信號進行集中判斷識另O，根據(jù)DSP+FPGA控制單元的控制邏輯功能，實現(xiàn)整機的控制，提高系統(tǒng)整機集成度和可靠性。
[0011](2)本發(fā)明對無刷直流電機的有傳感器控制方式和無傳感器控制方式均可兼容，同時對純電磁式磁軸承控制和永磁偏置式磁軸承控制均可兼容，因此用戶可根據(jù)各自具體應用場合和性能指標要求來選擇無刷直流電機的有、無傳感器控制方式，而且對基于純電磁式磁軸承的產(chǎn)品和基于永磁偏置式磁軸承的產(chǎn)品均適用，此兼容性設計使本發(fā)明使用更靈活，適用范圍更為廣泛。
[0012]總之，本發(fā)明的電機與磁軸承一體化控制系統(tǒng)有效克服和解決了傳統(tǒng)的磁懸浮分子泵中將電機控制電路和磁軸承控制電路單獨設計的一系列缺點與問題，提高系統(tǒng)整機集成度，減小設備體積，提高系統(tǒng)可靠性，提高系統(tǒng)硬件資源利用率，降低設計與制造成本?’另外對無刷直流電機的有傳感器控制方式和無傳感器控制方式作了兼容性設計，對純電磁式磁軸承控制和永磁偏置式磁軸承控制也作了兼容性設計，以此拓寬系統(tǒng)應用范圍，提高系統(tǒng)的使用靈活性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成框圖；
[0014]圖2為電機與磁軸承一體化控制框圖；
[0015]圖3為本發(fā)明的無刷直流電機、無傳感器控制方式下的換相信號圖和換相表，其中圖3a為本發(fā)明的無刷直流電機、無傳感器控制方式下的換相信號圖；圖3b為本發(fā)明的無刷直流電機、無傳感器控制方式下的換相表；
[0016]圖4為本發(fā)明的磁軸承驅(qū)動功放電路原理框圖；
[0017]圖5為本發(fā)明的電機與磁軸承一體化控制電路中的DSP芯片與FPGA芯片電路原理圖，其中圖5a為DSP芯片外圍配置電路圖；圖5b為DSP芯片總線通信電路原理圖；圖5c為FPGA芯片總線通信電路原理圖；
[0018]圖6為控制信號電平轉(zhuǎn)換電路；
[0019]圖7為磁軸承位移信號調(diào)理電路；
[0020]圖8為電機電壓電流.調(diào)理電路；
[0021]圖9為霍爾信號、反電勢過零信號接口與調(diào)理電路；
[0022]圖10為電機與磁軸承控制信號接口 ；
[0023]圖11為過壓、過流、欠壓保護電路；
[0024]圖12為通訊接口電路。
【具體實施方式】
[0025]如圖1所示，本發(fā)明包括DC/DC電源模塊9、電機與磁軸承一體化控制裝置21、第一信號隔離與驅(qū)動電路7、第二信號隔離驅(qū)動與功放電路13、電機功率主電路20、開關(guān)式霍爾傳感器檢測電路4、電機反電勢過零檢測與調(diào)理電路5、電機電流電壓檢測6、電流檢測位移檢測電路15。其中電機功率主電路20包括三相整流電路l、Buck斬波調(diào)壓電路2和IGBT三相逆變橋電路3三部分；而電機與磁軸承一體化控制裝置21包括開關(guān)式霍爾傳感器接口電路17、反電勢過零信號接口 18、電機電流電壓傳感器信號接口與調(diào)理電路19、電機控制信號接口電路8、磁軸承控制信號接口電路12、磁軸承電流信號接口 14、磁軸承位移信號接口與調(diào)理電路16、DSP+FPGA控制單元10。DC/DC電源部分產(chǎn)生各芯片所需供電直流電壓；DSP+FPGA控制單元10利用電機反電勢過零檢測與調(diào)理電路5檢測得到的反電勢過零信號或利用開關(guān)式霍爾傳感器檢測電路4檢測得到的開關(guān)式霍爾傳感器測量信號來計算得出無刷直流電機的換相信號和當前轉(zhuǎn)速值，經(jīng)過閉環(huán)控制器計算后得出相應控制信號并經(jīng)過電機控制信號接口電路8和第一信號隔離驅(qū)動電路7后輸入到電機功率主電路，以控制BUCK模塊調(diào)制直流母線電壓和逆變器的換相以最終控制電機轉(zhuǎn)速值，從而實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的高精度控制；DSP+FPGA控制單元10利用檢測到的磁軸承線圈中的電流信號以及磁軸承的5個方向的位移信號來進行電流閉環(huán)控制和位移閉環(huán)控制，控制信號經(jīng)過磁軸承控制信號接口電路12和第二信號隔離驅(qū)動與放大電路13后輸入到磁軸承線圈并形成電磁力以控制磁軸承的位置，從而實現(xiàn)磁軸承位置的高精度控制。
[0026]如圖2所示為本發(fā)明的電機與磁軸承一體化控制框圖，其中采用DSP+FPGA來設計磁軸承控制器與電機控制器，通過對霍爾傳感器信號、反電勢過零信號、電機功率主電路中母線電流信號、磁軸承位移信號與電流信號進行檢測與調(diào)理，所得信號輸入到DSP片內(nèi)AD模塊與AD芯片進行模數(shù)轉(zhuǎn)換與測量，測量結(jié)果經(jīng)過DSP+FPGA控制單元內(nèi)部的速度計算部分、逆變器換相邏輯算法部分、電流計算算法部分以及位移與電流計算部分的計算后分別得出電機速度信息、逆變器換相信號、母線電流值、磁軸承位移值和電流值，DSP+FPGA控制單元對上述信息進行集中判斷識別，根據(jù)控制邏輯功能，發(fā)送控制指令信號，進行轉(zhuǎn)子的位置控制和轉(zhuǎn)速控制。其中，轉(zhuǎn)子位置控制根據(jù)磁軸承位移信號接口與調(diào)理電路的檢測信息，利用DSP+FPGA控制單元進行磁軸承位移閉環(huán)控制算法運算，所得運算結(jié)果以PWM信號的形式輸入到軸承控制信號接口電路進行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的PWM控制信號分別經(jīng)第二信號隔離、驅(qū)動、功放電路后再輸入磁軸承線圈，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置控制；轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速控制根據(jù)開關(guān)式霍爾傳感器接口電路的檢測信息，利用DSP+FPGA控制單元進行電機雙閉環(huán)調(diào)速控制算法運算，所得運算結(jié)果以PWM信號的形式輸入到電機控制信號接口電路進行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的PWM控制信號分別經(jīng)過第一信號隔離、驅(qū)動電路再輸入到BUCK調(diào)壓模塊、IGBT三相逆變器，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速控制；轉(zhuǎn)子位置控制和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制指令操作統(tǒng)一在DSP+FPGA控制單元控制邏輯功能下運行，實現(xiàn)了電機與磁軸承控制的一體化，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。
[0027]如圖3所示，本發(fā)明的電機控制部分對無刷直流電機的有傳感器控制方式和無傳感器控制方式均可兼容。如圖3a中上半部分波形所示為電機三相反電勢信號波形，其中小正方形框所標注部分為反電勢信號過零點處，電機反電勢過零檢測與調(diào)理電路對此三相反電勢波形進行過零檢測；對應圖3a的下半部分波形為三相開關(guān)式霍爾傳感器檢測調(diào)理電路處理后所得信號波形，橫軸表示時間，由時間對應關(guān)系可知三相反電勢信號過零點處的相位滯后30°處即與三相霍爾信號的上、下跳變沿處對應，也即為無刷直流電機的理想換相點，因此本發(fā)明通過檢測開關(guān)式霍爾傳感器檢測電路所得到的三相開關(guān)式霍爾信號的上、下跳變沿即可得到無刷直流電機的理想換相信號，另外利用電機反電勢過零檢測與調(diào)理電路所得到的電機三相反電勢過零點信號，再通過相位計算亦可得到無刷直流電機的理想換相信號，然后對應圖3b換相表來控制三相逆變橋上、下橋臂IGBT的開通與關(guān)斷即可完成換相操作，從而實現(xiàn)無刷直流電機的有傳感器控制和無傳感器控制。此即為本發(fā)明實現(xiàn)無刷直流電機有、無傳感器控制方式兼容設計的原理。
[0028]如圖4所示，本發(fā)明的磁軸承控制部分對于純電磁式磁軸承的控制和永磁偏置式磁軸承的控制均適用。在DSP芯片中的磁軸承電流閉環(huán)控制器和位移閉環(huán)控制器的計算結(jié)果輸入到FPGA芯片中的擴充PWM模塊并輸出20路PWM控制信號，經(jīng)過對應的高速光電隔離電路、脈沖保護驅(qū)動電路后即輸入到全橋式換能電路并最終輸入到磁軸承線圈，在電流檢測部分設計有10路電流檢測和調(diào)理電路；由于純電磁式磁軸承控制需要20路PWM控制信號和10路電流信號檢測調(diào)理電路，而永磁偏置式磁軸承控制只需要10路PWM控制信號和5路電流信號檢測調(diào)理電路，由此可知本發(fā)明在磁軸承PWM控制信號數(shù)量方面和磁軸承線圈電流檢測調(diào)理電路數(shù)量方面對于純電磁式磁軸承控制和永磁偏置式磁軸承控制均適用。
[0029]如圖5所示為本發(fā)明的電機與磁軸承一體化控制電路中的DSP芯片與FPGA芯片電路原理圖部分。圖5a為DSP芯片外圍配置電路，圖5b中標注的AB_DSP、DB_DSP、CB_DSP分別為DSP芯片地址線、數(shù)據(jù)線和控制線，圖5c中標注的AB_FPGA、DB_FPGA、CB_FPGA分別為FPGA芯片的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線，DSP芯片與FPGA芯片通過此相連的三總線進行通?目。
[0030]如圖6所示為本發(fā)明的電機與磁軸承一體化控制電路中的電機與磁軸承控制信號的電平轉(zhuǎn)換電路原理圖部分，從FPGA芯片輸出的電機PWM控制信號與磁軸承PWM控制信號為3.3伏，PWM信號輸入到電平轉(zhuǎn)換芯片SN74ALVC164245轉(zhuǎn)化為5伏的電壓信號。
[0031]如圖7所示為本發(fā)明的電機與磁軸承一體化控制電路中的磁軸承位移信號調(diào)理電路原理圖部分。以AX通道位移信號調(diào)理電路為例，磁軸承AX方向位移傳感器測量得到的位移信號先經(jīng)過電壓跟隨器后，再與參考電壓信號一同輸入到反相加法器并進行反相比例放大，然后經(jīng)過二階RC有源濾波器進行濾波處理后再經(jīng)過3伏穩(wěn)壓二極管即可得到O到3伏的電壓信號，此信號再輸入到DSP芯片的片內(nèi)AD模塊進行測量后即可計算出磁軸承在AX方向的位移值。此電路還進行了冗余設計以提高系統(tǒng)可靠性。
[0032]如圖8所示為本發(fā)明的電機與磁軸承一體化控制電路中的電機電壓電流調(diào)理電路原理圖部分。以母線電流信號調(diào)理電路為例，電流傳感器檢測得到的母線電流信號經(jīng)過先經(jīng)過電壓跟隨器后再經(jīng)過二階RC有源濾波器進行濾波處理，再經(jīng)過5伏穩(wěn)壓二極管后得到O到5伏的電壓信號并輸入到AD芯片進行轉(zhuǎn)換測量，經(jīng)計算后即可得出對應的母線電流值。此電路還進行了冗余設計以提高系統(tǒng)可靠性。
[0033]如圖9所示為本發(fā)明的電機與磁軸承一體化控制電路中的霍爾信號、反電勢過零信號接口與調(diào)理電路原理圖部分，霍爾傳感器信號與反電勢過零信號通過各自接口傳送到此調(diào)理電路，一階無源RC濾波.作用為濾除高頻噪聲，反相器的作用為彌補無源濾波的波形邊沿不夠陡峭、驅(qū)動能力差的缺點。
[0034]如圖10所示為本發(fā)明的電機與磁軸承一體化控制電路中的電機與磁軸承控制信號接口原理圖部分，圖10中上半部分接口為電機PWM控制信號接口而下半部分接口為磁軸承PWM控制信號，電機與磁軸承的PWM控制信號通過此接口分別傳送到各自的隔離、驅(qū)動與功放電路，最終實現(xiàn)對電機與磁軸承的控制。
[0035]如圖11所示為本發(fā)明的電機與磁軸承一體化控制電路中的過壓、過流、欠壓保護電路原理圖部分，先利用三個滑動變阻器來分別設定過流保護、過壓保護和欠壓保護的電壓參考值，再通過電壓比較器將當前檢測得到的電流值和電壓值分別與各自的電壓參考值進行比較以判斷是否發(fā)生過零、過壓或欠壓，假如判斷有過零、過壓或欠壓情況發(fā)生即馬上進行過壓、過流和欠壓保護以保證系統(tǒng)和人員安全。
[0036]如圖12所示為本發(fā)明的電機與磁軸承一體化控制電路中的通訊接口電路原理圖部分。其中采用HCPL2630芯片來增強CAN收發(fā)信號的驅(qū)動能力，而74HC14對收發(fā)信號起波形整定作用以使得信號波形更為標準。電機與磁軸承一體化控制系統(tǒng)通過CAN通訊接口將系統(tǒng)信息傳送到上位機以進行實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析處理等功能，此外上位機可通過此通訊接口將用戶控制命令傳送給控制系統(tǒng)，使得電機與磁軸承一體化控制系統(tǒng)按照用戶設定 的參數(shù)和指令對電機和磁軸承進行控制。
【權(quán)利要求】
1.一種磁懸浮分子泵用磁軸承與電機一體化控制系統(tǒng)，包括DC/DC電源模塊(9)、電機功率主電路(20)、電機與磁軸承一體化控制裝置(21)、第一信號隔離驅(qū)動電路(7)和第二信號隔離驅(qū)動與功放電路(13)、開關(guān)式霍爾傳感器檢測電路(4)、電機反電勢過零檢測與調(diào)理電路(5)、電機電流電壓檢測檢測電路(6)和電流檢測位移檢測電路(15)，其特征在于:通過DSP+FPGA控制單元(10)，對磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子位置信號、角位置信號進行集中判斷識別，根據(jù)控制邏輯功能，發(fā)出控制指令，進行轉(zhuǎn)子懸浮、升速、降速、斷電保護操作，最終實現(xiàn)將電機與磁軸承的一體化；其中DC/DC電源模塊(9)用于產(chǎn)生一體化控制電路中各芯片所需的供電電壓；三相整流電路(I)將來自電網(wǎng)的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電，BUCK斬波調(diào)壓模塊(2)根據(jù)給定的PWM控制信號將整流后的直流電調(diào)制為直流電壓進行輸出作為三相逆變器(3)的直流母線電壓，三相逆變器(3)根據(jù)6路開關(guān)控制信號對上、下橋臂IGBT進行開通與關(guān)斷控制以完成對無刷直流電機的換相操作；開關(guān)式霍爾傳感器檢測電路(4)、電機反電勢過零檢測與調(diào)理電路(5)、電機電流電壓檢測(6)和電流檢測位移檢測電路(15)所檢測到的信號分別經(jīng)過開關(guān)式霍爾傳感器接口電路(17)、反電勢過零信號接口( 18)、電機電流電壓傳感器信號接口與調(diào)理電路(19)、磁軸承位移信號接口與調(diào)理電路(16)和磁軸承電流信號接口( 14)后，輸入到DSP+FPGA控制單元(10)，根據(jù)電流檢測位移檢測電路(15 )檢測得到的轉(zhuǎn)子的位置信號，DSP+FPGA控制單元(10 )發(fā)出轉(zhuǎn)子位置控制指令信號，進行磁軸承位移閉環(huán)控制算法運算，所得運算結(jié)果以PWM信號的形式輸入到磁軸承控制信號接口電路(12)進行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的PWM控制信號分別經(jīng)第二信號隔離、驅(qū)動、功放電路(13)后再輸入磁軸承線圈，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置控制；同時，DSP+FPGA控制單元(10)根據(jù)開關(guān)式霍爾傳感器檢測電路(4)和電機反電勢過零檢測與調(diào)理電路(5)實時檢測得到的轉(zhuǎn)子的角位置信號，利用DSP+FPGA控制單元(10 )發(fā)出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制指令信號，進行電機雙閉環(huán)調(diào)速控制算法運算，所得運算結(jié)果以PWM信號的形式輸入到電機控制信號接口電路(8)進行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的PWM控制信號分別經(jīng)過第一信號隔離、驅(qū)動電路(7)再輸入到BUCK調(diào)壓模塊(2)、IGBT三相逆變器(3)，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速控制，最終實現(xiàn)對電機與磁軸承的一體化控制。
【文檔編號】H02P27/08GK103427757SQ201310367766
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】鄭世強, 李超華, 劉剛, 毛琨, 周金祥, 陳琪 申請人:北京航空航天大學