一种磁悬浮飞轮转子轴向位置的自适应控制方法技术

本发明专利技术提供一种磁悬浮飞轮转子轴向位置的自适应控制方法，使磁悬浮飞轮转子轴向位置实现悬浮实时的稳定，避免了因磁悬浮飞轮转子轴向位置发生变化时，导致转子与磁悬浮飞轮机械部分产生接触的问题。利用飞轮控制系统的DSP芯片中AD采样模块通过各传感器采集飞轮转子的各数据，径向位置数据经PID运算后，输出到FPGA芯片实现飞轮转子径向悬浮，轴向位置数据经PID运算后，将经过飞轮转子轴向自适应位置的补偿算法后，输出到FPGA实现飞轮转子轴向自适应位置的控制；本发明专利技术具有增加了产品的使用寿命，提高了产品的运行安全效率的优点。提高了产品的运行安全效率的优点。提高了产品的运行安全效率的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种磁悬浮飞轮转子轴向位置的自适应控制方法


[0001]本专利技术涉及一种磁悬浮飞轮转子轴向位置的自适应控制方法。

技术介绍

[0002]中国公开号：CN102011799A，公开日：2011
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04
‑
13，专利技术创造名称：一种高可靠储能飞轮磁轴承数字控制系统，其公开了一种细长型转子类型的磁悬浮飞轮转子轴向控制采用固定转子轴向位置的方法，但磁悬浮飞轮转子运行中发现升速过程导致转子长度变短，而基于长时间运行因温升又会导致转子长度变长，使得磁悬浮飞轮转子轴向位置发生变化，长度变短或长度变长都可能导致转子与磁悬浮飞轮机械部分产生接触，高速运行容易造成飞轮器件磨损，轻则降低产品使用寿命，重则产品损坏，造成安全事故。

技术实现思路

[0003]基于以上不足之处，本专利技术提供一种磁悬浮飞轮转子轴向位置的自适应控制方法，使磁悬浮飞轮转子轴向位置实现悬浮实时的稳定，避免了因磁悬浮飞轮转子轴向位置发生变化时，导致转子与磁悬浮飞轮机械部分产生接触的问题。
[0004]本专利技术的所采用的技术方案为：一种磁悬浮飞轮转子轴向位置的自适应控制方法，如下：利用磁悬浮飞轮控制系统的DSP芯片中AD采样模块通过各传感器采集飞轮转子的径向位置、轴向位置、轴向电流、径向电流、转速和温度数据，其中，径向位置数据经PID运算后，输出到FPGA芯片实现飞轮转子径向悬浮，轴向位置数据经PID运算后，将经过飞轮转子轴向自适应位置的补偿算法后，输出到FPGA实现飞轮转子轴向自适应位置的控制；所述的飞轮转子轴向自适应位置的补偿算法为：
[0005]飞轮转子轴向自适应位置P＝P
S
+P
T
‑
P
c
，
[0006]其中，P
S
为飞轮转子轴向位移采样值，P
T
为温度补偿值，P
c
为飞轮转子转速补偿值；
[0007]所述的温度补偿值P
T
＝
△
L
×
L，其中，
△
L＝L
×
(T
S
‑
T
Rt
)
×
α，
[0008]其中，
△
L为转子伸长量，L为转子静态下室温时长度，T
S
为飞轮转子温度，T
Rt
表示室内温度、α为飞轮转子的钢材线膨胀系数，
[0009]飞轮转子速度补偿值P
c
＝P
S
×
(L
‑
L
d
’
)/L；
[0010]其中，L
d
’
为飞轮转子变形后长度。
[0011]本专利技术的另一目的是公开一种磁悬浮飞轮转子控制系统，采用如上所述的一种磁悬浮飞轮转子轴向位置的自适应控制方法。
[0012]本专利技术的有益效果及优点：本专利技术可根据磁悬浮飞轮转子位置信息、速度信息及温度信息来自动调节磁悬浮飞轮转子轴向位置，可避免因升速导致转子长度变短或长时间运行因温升导致转子长度变长造成的转子与磁悬浮飞轮机械部分接触，可防止飞轮器件磨坏。具有增加了产品使用寿命，提高了产品的运行安全效率的优点。
附图说明
[0013]图1为磁悬浮飞轮转子不同温度下的结构对比示意图；
[0014]图2为本专利技术的电气结构原理框图；
[0015]图3为本专利技术的程序流程图；
具体实施方式
[0016]根据说明书附图举例对本专利技术做进一步的说明：
[0017]实施例1
[0018]如图1所示：图中(a)为磁悬浮飞轮转子室温悬浮状态，此时无转速，L1为质心到顶端距离，L2为质心到底端距离，L为磁悬浮飞轮转子静态下室温时长度；图中(b)为磁悬浮飞轮转子常温高速状态，因转速过高，磁悬浮飞轮转子长度变短，L3为质心到顶端距离，L4为质心到底端距离，L＇为常温下磁悬浮飞轮转子变形后长度。图中(c)为磁悬浮飞轮转子高温高速状态，因温升过高，磁悬浮飞轮转子长度变长，L5为质心到顶端距离，L6为质心到底端距离，L”为高温下磁悬浮飞轮转子变形后长度。如图2所示，磁悬浮飞轮控制系统1包括：DSP芯片2，调理电路4，传感器模块3和FPGA芯片6，DSP芯片2与调理电路4电信号连接，调理电路4处理传感器模块3所采集磁悬浮飞轮系统7的各参数，包括转子轴向传感器3
‑
1采集的转子轴向位置信号、轴向电流传感器3
‑
2采集的转子轴向电流信号、转子径向传感器3
‑
3采集的转子径向位置信号、径向电流传感器3
‑
4采集的转子径向电流信号、转子转速传感器3
‑
5采集的转子转速信号、转子温度传感器3
‑
6采集的转子温度信号；DSP芯片2中的AD转换模块5将调理之后的信号进行高速模数转换；在DSP芯片2中根据采集到的转子各个信息进行转子轴向自适应控制算法计算，通过DSP芯片2中GPIO端口8输出PWM波形给FPGA芯片6，通过FPGA芯片6来调节悬浮飞轮系统7中的转子轴向位置，达到自适应控制转子轴向位置的目的，其中，飞轮转子轴向自适应位置的自适应控制算法为：
[0019]飞轮转子轴向自适应位置P＝P
S
+P
T
‑
P
c
，
[0020]其中，P
S
为飞轮转子轴向位移采样值，P
T
为温度补偿值，P
c
为飞轮转子转速补偿值；
[0021]所述的温度补偿值P
T
＝
△
L
×
L，其中，
△
L＝L
×
(T
S
‑
T
Rt
)
×
α，
[0022]其中，
△
L为转子伸长量，L为转子静态下室温时长度，T
S
为飞轮转子温度，T
Rt
表示室内温度、α为飞轮转子的钢材线膨胀系数，
[0023]飞轮转子速度补偿值P
c
＝P
S
×
(L
‑
L
d
’
)/L；
[0024]其中，L
d
’
为飞轮转子变形后长度。
[0025]实施例2
[0026]本实施例中DSP芯片2采用DSP系列的处理器STM320 F28335作为整个检测装置的核心处理单元，具有数据传送速度快、超低功耗、低成本等优点，其中：DSP芯片2内置的AD转换模块5与调理电路4相连接，将信号调理电路采集到的信号进行模数转换；信号的调理电路4与传感器模块3连接，对其传感器传输的信号进行调理，每一通道的传感器信号都通过放大、低通滤波等调理环节后进入DSP芯片2内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮飞轮转子轴向位置的自适应控制方法，其特征在于，方法如下：利用磁悬浮飞轮控制系统的DSP芯片的AD采样模块通过各传感器采集飞轮转子的径向位置、轴向位置、轴向电流、径向电流、转速和温度数据，其中，径向位置数据经PID运算后，输出到FPGA芯片实现飞轮转子径向悬浮，轴向位置数据经PID运算后，将经过飞轮转子轴向自适应位置的补偿算法后，输出到FPGA实现飞轮转子轴向自适应位置的控制；所述的飞轮转子轴向自适应位置的补偿算法为：飞轮转子轴向自适应位置P＝P
S
+P
T
‑
P
c
，其中，P
S
为飞轮转子轴向位移采样值，P
T
为温度补偿值，P
c
为飞轮转子转速补偿值；所述的温度补偿值P
T
＝
△

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋涛，
申请(专利权)人：北京奇峰聚能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：