飞轮电池电动机控制与磁悬浮控制的研究

论文摘要

飞轮储能系统是一种新型高效的环保电池，驱动电机控制和磁悬浮控制是提高飞轮电池性能的两项关键技术。本文设计了基于DSP的永磁无刷直流电机控制系统和轴向单自由度悬浮控制系统。永磁无刷直流电机控制系统采用双闭环(电流环和速度环)的控制方案。完成了控制系统硬件电路的设计，其中包括：三相逆变电路，驱动电路，保护电路，位置检测电路，电流检测电路以及DSP的外围电路。完成了控制方案的软件设计，包括：主程序，A／D采样程序，电流调节程序，速度计算程序，速度调节程序以及捕获中断等程序的设计。与模拟控制相比较可知，基于DSP的控制器具有以下优点：控制可靠，噪音低，同时，升级比较容易，使得一些先进的控制策略可以得以实现。轴向单自由度悬浮控制系统采用一种新型的由电磁铁和永磁体组成的混合磁轴承。完成了软硬件设计，并实现飞轮转子的稳定悬浮。实验结果表明，和传统电磁轴承相比，混合磁轴承具有机械结构简单、控制功率小、控制器成本低、易于实现等优点。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究背景与发展现状
• 1.2 飞轮储能原理
• 1.3 飞轮储能系统主要组件介绍
• 2 飞轮储能用永磁无刷直流电机介绍
• 2.1 飞轮电机的选取
• 2.2 稀土永磁无刷直流电机介绍
• 2.2.1 无刷直流电机的分类
• 2.2.2 无刷直流电机的基本结构
• 2.2.3 无刷直流电机的工作原理
• 2.3 无刷直流电机的数学模型与调速原理
• 2.3.1 无刷直流电机的数学模型
• 2.3.2 无刷直流电机的调速原理
• 3 无刷直流电机全数字控制系统的设计
• 3.1 系统结构与控制方案
• 3.1.1 控制系统组成
• 3.1.2 控制原理和开关方式
• 3.2 逆变桥的选用及其驱动电路
• 3.2.1 逆变桥选型
• 3.2.2 驱动电路设计
• 3.3 控制电路设计
• 3.3.1 控制芯片
• 3.3.2 DSP外围接口电路
• 3.3.3 检测电路
• 3.3.4 速度给定电路
• 3.3.5 数字信号接口电路
• 3.4 控制系统软件设计
• 3.4.1 主程序介绍
• 3.4.2 中断服务子程序介绍
• 3.4.3 程序设计注意事项
• 4 单自由度悬浮控制系统设计
• 4.1 磁悬浮技术简介
• 4.2 两种磁轴承机械结构与原理比较
• 4.2.1 电磁轴承原理
• 4.2.2 混合磁轴承结构及原理
• 4.3 混合磁轴承数字控制系统设计
• 4.3.1 控制系统组成及原理
• 4.3.2 控制系统硬件设计
• 4.3.3 控制系统软件设计
• 5 试验装置及试验结果
• 5.1 永磁无刷直流电机控制系统
• 5.1.1 永磁无刷直流电机样机及控制器
• 5.1.2 实验波形
• 5.2 轴向单自由度磁悬浮控制系统
• 5.2.1 飞轮储能装置的结构及控制器
• 5.2.2 实验数据和现象
• 5.2.3 飞轮储能装置的改进
• 6 结论
• 参考文献
• 附录
• 硕士期间发表的论文
• 学位论文数据集