CN102097981B - 一种集成化的高可靠磁悬浮储能飞轮数字控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种集成化的高可靠磁悬浮储能飞轮数字控制装置是一种能对磁悬浮储能飞轮系统电机与电磁轴承进行控制的装置，包括接口电路、FPGA系统、磁轴承控制功率模块、电机控制功率模块、磁悬浮储能飞轮系统、传感器电路，FPGA系统通过接口电路获取磁轴承转子位移信号、转速信号、磁轴承线圈电流、电机绕组电流等数据。一方面FPGA系统根据磁轴承转子位移信号、磁轴承线圈电流、转速信号，对电磁轴承的主动控制；另一方面FPGA系统根据转速指令、电机绕组电流、转速信号，对飞轮转速进行控制。实现了磁轴承数字控制器与电机数字控制器的集成化设计，提高了磁悬浮储能飞轮系统控制器集成度和可靠性，减小了体积和重量并降低了控制器的功耗。
Description
技术领域：
本发明涉及一种集成化的高可靠磁悬浮储能飞轮数字控制装置，用于对磁悬浮储能飞轮系统进行主动控制，特别适用于低功耗、高可靠、高集成度等场合。
背景技术：
磁悬浮储能飞轮是一种新一代的物理储能装置，具有大功率、高储能密度，绿色环保，并具有很强的抗干扰性和很快响应速度等优点，在国际上已逐步得到应用，并且将成为我国新一代大规模储能装置的首选储能方式。
目前磁悬浮储能飞轮系统的电磁轴承与飞轮电机是采用两套控制系统分别进行控制，并且大都采用DSP芯片与FPGA相结合的控制方法。这种控制方式的优点是：两套控制系统分别进行电磁轴承与飞轮电机的控制，单独的系统控制相对简单，但存在的缺点是：系统的集成度低，采用两套控制系统统、两套转速接口电路占用的体积大、功耗大、可靠性低，磁悬浮储能飞轮控制系统与控制计算机之间的信息传输复杂，信息通过的中间环节太多，并且由于电磁轴承控制与飞轮电机控制都需要转子位置信号，因此要转子位置信号分别传输给电磁轴承控制系统与飞轮电机控制系统，这样就造成信号传输、硬件电路复杂。
发明内容：
本发明的技术解决问题是：克服现有磁悬浮储能飞轮控制系统中电磁轴承与飞轮电机分别进行控制存在的控制系统体积大、功耗大、硬件与软件可靠性低的不足，提供一种集成化的高可靠磁悬浮储能飞轮数字控制装置。
本发明的技术解决方案是：一种集成化的高可靠磁悬浮储能飞轮数字控制装置，包括接口电路、通讯接口、FPGA系统、磁轴承功率模块、电机功率模块、传感器电路、磁悬浮储能飞轮系统，其中接口电路包括位移传感器接口电路、转速信号接口电路、磁轴承电流传感器接口电路、电机电流传感器接口电路，磁轴承功率模块包括磁轴承高速光电隔离电路、磁轴承脉冲保护驱动电路、磁轴承全桥式换能电路，电机功率模块包括电机高速光电隔离电路、电机脉冲保护驱动电路、电机半桥逆变电路；磁悬浮储能飞轮系统包括磁轴承线圈、磁轴承转子，电机本体；传感器电路包括电机电流传感器、磁轴承电流传感器、转子位置传感器、转子位移传感器，传感器电路分别获取磁轴承转子位移信号、飞轮转速信号、磁轴承线圈电流信号和电机绕组电流信号；接口电路接收传感器电路检测的磁轴承转子位移信号、飞轮转速信号、磁轴承线圈电流信号和电机绕组电流信号将这些信号进行滤波与放缩处理并将处理后的信号传输给FPGA系统，FPGA系统接收经接口电路处理后的磁轴承转子位移信号、飞轮转速信号、磁轴承线圈电流信号和电机绕组电流信号分别进行电磁轴承的主动控制，其中磁轴承线圈的电流、磁悬浮储能飞轮系统转子位置与磁轴承转子位移信号，用于实现对电磁轴承的主动控制，FPGA系统根据磁轴承线圈的电流、磁悬浮储能飞轮系统转子位置与磁轴承转子位移信号，通过控制算法生成转子悬浮控制量并将其进行PWM调制，再将调制完成的磁轴承PWM信号直接经过磁轴承高速光电隔离电路、磁轴承脉冲驱动保护电路传送给磁轴承全桥式换能电路，生成磁轴承线圈所需的控制电流；另外，FPGA系统根据磁悬浮储能飞轮电机绕组的电流、转子位置信号，通过控制算法生成转速控制量并将其进行PWM调制，再将调制完成的电机PWM信号直接经过电机高速光电隔离电路、电机脉冲驱动保护电路传送给电机半桥逆变电路生成所需的控制电流；FPGA系统根据转子位置传感器检测的飞轮转子位置信号可分别进行飞轮转速控制与转子悬浮控制；控制系统中转子位置传感器用于获得磁悬浮储能飞轮的转速信号，转子位移传感器用于获得磁悬浮储能飞轮转子的悬浮位置信号。
FPGA系统采用一片FPGA芯片作为处理器，完成磁轴承转子5个自由度的控制与磁悬浮储能飞轮系统转速控制，FPGA芯片可以是EP1C6Q/12Q240C8。
FPGA系统上可有通讯接口，用于连接到控制计算机上，方便实现磁悬浮储能飞轮控制系统的在线调试，通过通讯接口将磁悬浮储能飞轮系统的运行状态信息传输到控制计算机并通过通讯接口将控制计算机的控制指令传输到飞轮控制系统。
FPGA系统通过通讯接口接收控制指令，并将磁悬浮储能飞轮运行状态参数上传至控制计算机，FPGA系统根据电磁轴承悬浮指令与反馈的转子位移信号求解悬浮力，解算电磁轴承线圈绕组电流指令并比较电磁轴承线圈绕组电流指令与反馈线圈电流通过控制算法输出电磁轴承线圈电流控制量；另外FPGA系统将磁悬浮储能飞轮输出转速指令转换为电机绕组电流指令，并比较电机绕组电流指令与反馈绕组电流指令通过控制算法输出电机绕组电流控制量，电磁轴承线圈电流控制量与电机绕组电流控制量用于驱动控制系统功放，令磁悬浮储能飞轮转子悬浮。在解算过程中FPGA系统根据飞轮当前转速值实时调整悬浮控制参数，与电机电流控制参数。采用的控制算法为PID控制算法或模糊控制算法。
本发明的原理是：本发明采用一片FPGA芯片实现磁悬浮储能飞轮的控制。进行磁悬浮储能飞轮电磁轴承的主动控制与磁悬浮储能飞轮转速控制中主要部分为飞轮控制系统状态参数的采集与控制算法的实现。其中飞轮控制系统状态参数的采集主要分为模拟量的采集与数字量的采集，如飞轮电机绕组电流信号，磁轴承线圈电流信号与转子位移信号为模拟信号可通过FPGA控制AD芯片的转换时序来实现，另外转子位置信号为数字信号可通过FPGA内部定时器检测位置信号时间来实现。本发明采用的控制算法为增量式PID算法，其算法中用到了加法、乘法和除法，加法可通过带进位位的加法实现，乘法可通过将数值向左移位实现，除法可通过将数值向右移位实现。由此可见磁悬浮储能飞轮的控制可以在一片FPGA芯片上实现。
本发明提供了磁悬浮储能飞轮控制系统进行电磁轴承与飞轮电机控制的模拟量、数字量和脉冲信号的输入接口，提供了经功率放大的电流输出接口与信号检测环节。一方面，由位移传感器输出的五个自由度的位移信号和电流传感器检测的磁轴承线圈中的电流信号通过AD芯片采样与模拟开关控制分时送到FPGA系统输入引脚，FPGA对分时采样进来的位移信号根据一定的数字控制算法进行运算处理；同时利用FPGA的脉冲宽度调制PWM生成器对控制信号进行PWM调制，输出磁轴承PWM调制信号以控制磁轴承功率开关器件，通过接口提给电磁轴承线圈控制电流；另外一方面，由电机电流传感器输出的飞轮电机绕组电流信号经AD芯片采样与模拟开关控制分时送到FPGA系统输入引脚，FPGA对分时采样进来的位移信号根据一定的数字控制算法进行运算处理；同时利用FPGA的脉冲宽度调制方法对控制信号进行PWM调制，输出电机PWM调制信号以控制电机功率开关器件，通过接口提给飞轮电机绕组电流，从而控制磁悬浮储能飞轮转速。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明利用了一种FPGA来构建磁悬浮储能飞轮数字控制器，与现有磁悬浮储能飞轮控制系统相比具有以下特点：
(1)较现有的磁悬浮储能飞轮控制系统采用电磁轴承与飞轮电机分离的数字控制器，本发明具有集成数字控制器的优点：电路结构简单、体积小、重量轻、功耗低、调试灵活方便。
(2)较现有的磁悬浮储能飞轮控制系统采用电磁轴承与飞轮电机分离的数字控制器，在硬件结构方面由于将电磁轴承的控制与电机控制集成到一片FPGA上因此节省了一套控制电路与一套转速信号接口电路，简化了硬件设计，提高了硬件控制系统的可靠性，降低了系统功耗。
(3)较现有的磁悬浮储能飞轮控制系统采用电磁轴承与飞轮电机分离的数字控制器，在软件方面由于进行电磁轴承控制与电机控制都需要磁悬浮储能飞轮的转速信号与将模拟信号转换为数字信号的程序因此采用本发明的集成控制可以节省重复性的飞轮转速测定程序、AD采样控制程序、模拟开关控制程序与PWM生成程序，大大提高了控制系统的硬件、软件可靠性。
(4)较现有的磁悬浮储能飞轮控制系统采用电磁轴承与飞轮电机分离的数字控制器，在控制系统的通讯方面如控制计算机与电磁轴承控制系统，控制机算计与电机控制系统，电机控制系统与电磁轴承控制系统的信息传输，本发明简化了芯片与芯片、芯片与控制计算机之间的控制指令与状态参数的传输因此在通讯方面更加简便、提高了信息传输的可靠性。
附图说明：
图1为本发明的结构组成框图；
图2为本发明的电磁轴承控制原理框图；
图3为本发明的飞轮电机控制原理框图；
图4为本发明的FPGA系统电路框图；
图5为本发明的飞轮转子结构示意图；
图6为本发明得FPGA系统的算法程序图；
图7本发明的磁轴承控制算法程序图；
图8本发明的电机控制算法程序图；
图9为本发明的单个通道高速光电隔离电路、脉冲保护驱动电路和全桥式换能电路的电路图；
图10为本发明的单个通道的位移传感器接口电路；
图11为本发明的单个通道的电流传感器接口电路；
图12为本发明的转速信号接口电路。
具体实施方式：
如图1所示，本发明包括接口电路1、FPGA系统3、磁轴承功率模块7、电机功率模块12、传感器电路16、磁悬浮储能飞轮系统8，其中接口电路1包括位移传感器接口电路24、转速信号接口电路23、磁轴承电流传感器接口电路22、电机电流传感器接口电路21，磁轴承功率模块7包括磁轴承高速光电隔离电路4、磁轴承脉冲保护驱动电路5、磁轴承全桥式换能电路6，电机功率模块12包括电机高速光电隔离电路15、电机脉冲保护驱动电路14、电机半桥逆变电路13，传感器电路16包括电机电流传感器20、磁轴承电流传感器19、转子位置传感器18、转子位移传感器17，传感器电路16通过接口电路1连接到FPGA系统3，FPGA系统3通过位移传感器接口电路24、转速信号接口电路23、磁轴承电流传感器接口电路22、电机电流传感器接口电路21分别获取磁轴承转子位移信号、飞轮转速信号、磁轴承线圈电流信号和电机绕组电流信号等数据，通过一定控制算法生成磁轴承PWM与电机PWM信号，磁轴承功率模块7与电机功率模块15分别接收磁轴承PWM与电机PWM信号从而控制磁轴承线圈9的电流与电机本体11绕组电流，实现对电磁轴承的主动控制和磁悬浮储能飞轮系统转速控制。本发明的FPGA系统3上接有通讯接口2，所述通讯接口2连接到控制计算机上，磁悬浮储能飞轮控制系统通过通讯接口2将磁悬浮储能飞轮系统的运行状态信息传输到控制计算机并通过通讯接口2将控制计算机的控制指令传输到飞轮控制系统。
如图2所示，为本发明的电磁轴承控制原理框图，由控制计算机向FPGA系统发送磁轴承悬浮位置控制指令，FPGA系统比较给定控制指令与反馈的转子位移信号的差别，通过PID运算输出磁轴承线圈电流控制指令，控制系统比较线圈电流控制指令与反馈的线圈电流值的差别，通过PID运算输出磁轴承线圈电流控制量，将磁轴承线圈电流控制量进行调制生成控制信号(PWM)以驱动磁轴承功率模块，控制程序通过磁轴承线圈电流控制电磁铁的电磁力大小，从而控制转子悬浮位置。
如图3所示，为本发明的电机控制原理框图，由控制计算机向FPGA系统发送飞轮输出转速指令，FPGA系统将转速指令经PID运算转换为电流指令并比较给定电流指令与反馈电流的差别，并通过PID运算输出电机绕组电流控制量，将电机绕组电流控制量进行调制生成电机绕组电流控制信号(PWM)以驱动电机功率模块。
如图4所示，为本发明的FPGA系统电路框图，5路位移传感器信号(四个径向通道AX、AY；BX，BY。一个轴向通道Z)以及电流传感器信号经过接口电路放大，电平偏移后与A/D输入范围相匹配(-5V～5V)，然后经过前置抗混叠低通滤波(截止频率可以根据所采取的采样频率而进行调节)后送入FPGA系统3的A/D输入端，转子位置传感器18给出的转速脉冲信号经整形、隔离后送入FPGA系统3的转速信号输入端，可以用M/T法直接计算其频率，然后FPGA系统3按照数字控制的控制算法进行运算处理，产生5个自由度的控制量。通过对FPGA系统3软件编程可以产生独立的3对(即六个输出)磁轴承PWM信号，磁轴承PWM信号直接经过磁轴承高速光电隔离电路4、磁轴承脉冲驱动保护电路5传送给磁轴承全桥式换能电路6，以控制功率开关器件组成的磁轴承全桥式换能电路6生成磁轴承线圈所需的控制电流，从而实现磁轴承的主动控制。另外一方面，飞轮电机的三相绕组电流(飞轮电机采用无刷直流电机，绕组采用星型连接方式，中线引出，U，V，W三相绕组电流为Iu，Iv，Iw)、中线电流Im以及飞轮电机绕组端电压Vb经接口电路放大，电平偏移后与A/D输入范围相匹配(-5V～5V)，然后经过前置抗混叠低通滤波(截止频率可以根据所采取的采样频率而进行调节)后送入FPGA系统3的A/D输入端，FPGA系统3根据给定的飞轮转速指令与反馈的飞轮转子位置、绕组电流按照PID算法进行运算处理产生6路飞轮电机控制PWM信号，电机PWM直接经过电机高速光电隔离电路15，电机脉冲驱动保护电路16传送给电机半桥逆变电路13，以BUCK变换器组成的飞轮电机逆变电路，生成飞轮电机绕组所需的控制电流，从而控制飞轮输出给定转速。
如图5所示，为本发明的飞轮转子结构示意图，飞轮转子由两个径向磁轴承悬浮，一端称为A端磁轴承，另一端为B端磁轴承，A、B端分别沿X轴、Y轴方向的线圈构成径向AX、AY；BX，BY四通道，另外转子还有一个轴向通道Z。
如图6所示，为本发明的控制算法流程图，FPGA系统通过通讯接口接收控制指令，并将磁悬浮储能飞轮运行状态参数上传至控制计算机，FPGA系统根据电磁轴承悬浮指令与反馈的转子位移信号求解悬浮力，解算电磁轴承线圈绕组电流指令并比较电磁轴承线圈绕组电流指令与反馈线圈电流通过控制算法输出电磁轴承线圈电流控制量；另外FPGA系统将磁悬浮储能飞轮转速指令经PID运算转换为电机绕组电流指令，并比较电机绕组电流指令与反馈绕组电流指令通过控制算法输出电机绕组电流控制量，电磁轴承线圈电流控制量与电机绕组电流控制量用于驱动控制系统功放，令磁悬浮储能飞轮转子悬浮。在解算过程中FPGA系统根据飞轮当前转速值实时调整悬浮控制参数，与电机电流控制参数。采用的控制算法为PID控制算法或模糊控制算法。
如图7所示，为本发明的磁轴承控制算法程序图，本发明的磁轴承控制采用了PID加交叉反馈的控制算法，可以有效抑制其他与转速相关的各种涡动模态振动，实现磁轴承转子的高速稳定运转。转子轴两端分别定义为A端和B端。Sax、Say分别表示A端位移传感器X、Y两个正交方向的转子径向位移信号；Sbx、Sby分别表示B端位移传感器X、Y两个正交方向的转子径向位移信号；Sz表示轴向传感器输出的轴向位移信号。Iax、Iay分别表示A端电流传感器X、Y方向的磁轴承线圈电流信号；Ibx、Iby分别表示B端电流传感器X、Y方向的磁轴承线圈电流信号；Iz表示轴向电流传感器输出的轴向磁轴承线圈电流信号。
PWMax+、PWMax-为FPGA输出的A端X方向的控制量的一对PWM调制信号；PWMay+、PWMay-为FPGA输出的A端Y方向的控制量的一对PWM调制信号；PWMbx+、PWMbx-为FPGA输出的B端X方向的控制量的一对PWM调制信号；PWMby+、PWMby-为FPGA输出的B端Y方向的控制量的一对PWM调制信号；PWMz+、PWMz-为FPGA输出的轴向控制量的一对PWM调制信号。输出的五个自由度的控制量算式为：
OUTax＝PIDSax(k)+(Say(k)-Sby(k))Kc
OUTbx＝PIDSbx(k)-(Say(k)-Sby(k))Kc
OUTay＝PIDSay(k)+(Sax(k)-Sbx(k))Kc
OUTby＝PIDSby(k)-(Sax(k)-Sbx(k))Kc
OUTz＝PIDSz(k)
PIDSax为A端X方向的位移偏差的PID运算结果，PIDSbx、PIDSay、PIDSby含义类推。Kc为引入了转速后的交叉反馈通道增益。为提高控制的电流响应速度将输出的控制量与电流反馈信号的偏差做PD运算，然后对该结果进行PWM调制并输出调制波形。具体的程序运算流程见图5。
如图8所示，为本发明的电机控制算法流程图，飞轮控制系统采用速率控制模式，根据飞轮转速指令的需要，将给定速率指令与飞轮反馈速率指令比较通过转速环PID运算生成绕组电流控制指令，将电流控制指令与电机绕组电流比较通过电流环PID运算生成电机电流环控制量，从而控制绕组电流，进而控制飞轮输出转速(其中J为飞轮转动惯量)。
如图9所示，为本发明的磁轴承功率模块单个通道高速光电隔离电路、脉冲保护驱动电路和全桥式换能电路的电路图，五个通道类似(四个径向通道AX、AY；BX，BY。一个轴向通道Z)。高速光耦TLP2630实现了FPGA输出的PWM信号与强电脉冲的隔离。PWM信号经IR2110驱动功率管IRF3710。比较器LM339和TLP2630、4001、4025构成的电路可以防止MOSFET电源侧直通并能提供过电流保护。可以通过调节电位器W1和W2来设置电流门限值。当磁轴承或电机绕组电流超过设定值或FPGA输出的一个通道的一对PWM信号出现全高时，4025都输出低电平，从而防止直流测电源直通以及磁轴承线圈、电机绕组过电流。
如图10所示，为本发明的单个通道的位移传感器接口电路，位移传感器接口电路对位移传感器输出的位移信号作差分，然后进行放大和电平偏移，与A/D输入量程相匹配(-5-5V)，再经过一级二阶低通滤波器，滤除高频噪声信号防止产生频谱混叠。
如图11所示，图11为本发明的单个通道的电流传感器接口电路，电流传感器实时检测磁轴承线圈电流，电流传感器接口电路对电流传感器信号进行放大和电平偏移，与A/D输入量程相匹配(-5-5V)，再经过一级二阶低通滤波器，滤除高频噪声信号防止产生频谱混叠。
如图12所示，图12为本发明的转速信号接口电路。转子位置(霍尔位置)传感器检测转子转速，并产生转速脉冲信号。转速传感器接口电路用高速光耦6N137将转速脉冲信号进行隔离，并将其幅值调整为0-3.3V，用74HCl4进行脉冲整形后FPGA，通过测量脉冲周期实现转子转速的测量。
本发明可以作为一种通用的磁悬浮储能飞轮系统硬件平台，提供了足够的硬件资源。应用者可以根据其特殊的应用领域通过修改软件来灵活方便地实现其功能。
Claims (5)
1.一种集成化的高可靠磁悬浮储能飞轮数字控制装置，其特征在于包括接口电路(1)、通讯接口(2)、FPGA系统(3)、磁轴承功率模块(7)、电机功率模块(12)、传感器电路(16)、磁悬浮储能飞轮系统(8)，其中接口电路(1)包括位移传感器接口电路(24)、转速信号接口电路(23)、磁轴承电流传感器接口电路(22)、电机电流传感器接口电路(21)，磁轴承功率模块(7)包括磁轴承高速光电隔离电路(4)、磁轴承脉冲保护驱动电路(5)、磁轴承全桥式换能电路(6)，电机功率模块(12)包括电机高速光电隔离电路(15)、电机脉冲保护驱动电路(14)、电机半桥逆变电路(13)；磁悬浮储能飞轮系统(8)包括磁轴承线圈(9)、磁轴承转子(10)，电机本体(11)；传感器电路(16)包括电机电流传感器(20)、磁轴承电流传感器(19)、转子位置传感器(18)、转子位移传感器(17)，传感器电路(16)分别获取磁轴承转子位移信号、飞轮转速信号、磁轴承线圈电流信号和电机绕组电流信号；接口电路(1)接收传感器电路(16)检测的磁轴承转子位移信号、飞轮转速信号、磁轴承线圈电流信号和电机绕组电流信号将这些信号进行滤波与放缩处理并将处理后的信号传输给FPGA系统(3)，FPGA系统(3)接收经接口电路(1)处理后的磁轴承转子位移信号、飞轮转速信号、磁轴承线圈电流信号和电机绕组电流信号分别进行电磁轴承的主动控制与磁悬浮储能飞轮转速控制，其中磁轴承线圈(9)的电流、磁悬浮储能飞轮系统(8)转子位置与磁轴承转子(10)位移信号，用于实现对电磁轴承的主动控制，FPGA系统(3)根据磁轴承线圈(9)的电流、磁悬浮储能飞轮系统(8)转子位置与磁轴承转子(10)位移信号，通过控制算法生成转子悬浮控制量并将其进行PWM调制，再将调制完成的磁轴承PWM信号直接经过磁轴承高速光电隔离电路(4)、磁轴承脉冲驱动保护电路(5)传送给磁轴承全桥式换能电路(6)，生成磁轴承线圈(9)所需的控制电流；另外，FPGA系统(3)根据磁悬浮储能飞轮电机绕组的电流、转子位置信号，通过控制算法生成转速控制量并将其进行PWM调制，再将调制完成的电机PWM信号直接经过电机高速光电隔离电路(15)、电机脉冲驱动保护电路(14)传送给电机半桥逆变电路(13)生成所需的控制电流；FPGA系统(3)根据转子位置传感器(18)检测的飞轮转子位置信号可分别进行电机控制；控制系统中转子位置传感器(15)用于获得磁悬浮储能飞轮的转速信号，转子位移传感器(17)用于获得磁悬浮储能飞轮转子的悬浮位置信号。
2.根据权利要求1所述的一种集成化的高可靠磁悬浮储能飞轮数字控制装置，其特征在于：所述的FPGA系统(3)采用一片FPGA芯片作为处理器，完成磁轴承转子(10)5个自由度的控制与磁悬浮储能飞轮系统(8)转速控制，FPGA芯片是EP1C6Q/12Q240C8。
3.根据权利要求1所述的所述的一种集成化的高可靠磁悬浮储能飞轮数字控制装置，其特征在于：所述FPGA系统(3)上可有通讯接口(2)，用于连接到控制计算机上，方便实现磁悬浮储能飞轮控制系统的在线调试，通过通讯接口(2)将磁悬浮储能飞轮系统的运行状态信息传输到控制计算机并通过通讯接口(2)将控制计算机的控制指令传输到飞轮控制系统。
4.根据权利要求1所述的所述的一种集成化的高可靠磁悬浮储能飞轮数字控制装置，其特征在于：控制系统的算法流程为：首先由控制计算机发出控制指令，FPGA系统(3)通过通讯接口(2)接收控制指令，并将磁悬浮储能飞轮运行状态参数上传至控制计算机，FPGA系统(3)根据电磁轴承悬浮指令与反馈的转子位移信号求解悬浮力，解算电磁轴承线圈绕组电流指令并比较电磁轴承线圈绕组电流指令与反馈线圈电流通过控制算法输出电磁轴承线圈电流控制量；另外FPGA系统(3)将磁悬浮储能飞轮转速指令转换为电机绕组电流指令，并比较电机绕组电流指令与反馈绕组电流指令通过控制算法输出电机绕组电流控制量，电磁轴承线圈电流控制量与电机绕组电流控制量用于驱动控制系统功放，令磁悬浮储能飞轮转子悬浮。在解算过程中FPGA系统(3)根据飞轮当前转速值实时调整悬浮控制参数，与电机电流控制参数。
5.根据权利要求1所述的所述的一种集成化的高可靠磁悬浮储能飞轮数字控制装置，其特征在于：所述的控制算法为PID控制算法或模糊控制算法。
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