CN116365962A - 磁悬浮高速电机控制器 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种磁悬浮高速电机控制器，包括主控电路及位移控制电路，所述主控电路连接位移控制电路；所述位移控制电路包括至少一数字电位模块，所述数字电位模块包括电位处理单元、译码器及数字电位应用电路；所述电位处理单元的输出端连接译码器的输入端及所述数字电位应用电路的输入端，所述译码器的输出端连接所述数字电位应用电路的输入端；所述译码器用以接收所述电位处理单元的设定输出信号，形成用于控制数字电位应用电路的片选信号，并发送至所述数字电位应用电路。本发明提出的磁悬浮高速电机控制器，可提高控制的精确度，降低误差，同时提高产品的一致性、稳定性，从而使得产品的电机性能更加可靠。

Description

磁悬浮高速电机控制器

技术领域

本发明属于磁悬浮电机技术领域，涉及一种磁悬浮高速电机，尤其涉及一种磁悬浮高速电机控制器。

背景技术

磁悬浮高速电机控制系统中，在轴磁浮及其精密控制方面，现有技术常用采用的控制方式为采用模拟控制器。采用模拟控制器的方案需要对高速电机的各种参数进行调整和设置；这是一个繁琐和沉重的工作。

现有的产品通常采用传统工业模式的调试方法：使用螺丝刀旋转模拟电位器，通过调节电位器的电阻值的方式来调节电路参数，使用示波器货万用表显示电压值来观察调节效果。该种调试方法因人工操作会出现误差，同时存在一致性差、稳定性差、性能不可靠等缺陷。此外，现有调试方法使用的仪器繁多，耗时耗力，工作效率差等弊端。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的高速电机调试方式，以便克服现有高速电机调试方式存在的上述至少部分缺陷。

发明内容

本发明提供一种磁悬浮高速电机控制器，可提高控制的精确度，降低误差，同时提高产品的一致性、稳定性，从而使得产品的电机性能更加可靠。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：

一种磁悬浮高速电机控制器，所述磁悬浮高速电机控制器包括：主控电路及位移控制电路，所述主控电路连接位移控制电路；

所述位移控制电路包括至少一数字电位模块，所述数字电位模块包括电位处理单元、译码器及数字电位应用电路；

所述电位处理单元的输出端连接译码器的输入端及所述数字电位应用电路的输入端，所述译码器的输出端连接所述数字电位应用电路的输入端；

所述译码器用以接收所述电位处理单元的设定输出信号，形成用于控制数字电位应用电路的片选信号，并发送至所述数字电位应用电路。

作为本发明的一种实施方式，所述译码器包括译码器集成电路，所述数字电位应用电路包括数字电位器；所述电位处理单元的IO接口电路输出的IO信号，被译码器译码成控制数字电位应用电路中数字电位器的片选信号。

作为本发明的一种实施方式，PI D_P_CH1就是第一个自由度PI D电路中比例放大的数字电位器的片选信号线。

作为本发明的一种实施方式，所述位移控制电路包括零点位置控制电路及幅度位置控制电路；

作为本发明的一种实施方式，所述位移控制电路包括零点位置控制电路及幅度位置控制电路，零点位置控制电路连接幅度位置控制电路。

作为本发明的一种实施方式，所述零点位置控制电路包括第一一芯片U11、第八A芯片U8A、第二电容C2、第一九电阻R19、第二五电阻R25；所述幅度位置控制电路包括第一六芯片U16、第八B芯片U8B、第五一电阻R51；

所述第八A芯片U8A的输出端连接第八B芯片U8B的正相输入端；所述第八A芯片U8A的正相输入端分别连接第一九电阻R19的第二端、第二五电阻R25的第一端、第二电容C2的第一端；第一九电阻R19的第一端连接第一一芯片U11的POW管脚；第二五电阻R25的第二端、第二电容C2的第二端分别接地；

所述第八B芯片U8B的反相输入端分别连接第一六芯片U16的POB管脚、第五一电阻R51的第一端；第五一电阻R51的第二端接地；所述第八B芯片U8B的输出端连接第一六芯片U16的POW管脚。

作为本发明的一种实施方式，所述第一一芯片U11、第一六芯片U16均为数字电位器，所述第五A芯片U5A、第八A芯片U8A、第八B芯片U8B为运算放大器；

作为本发明的一种实施方式，所述位移控制电路进一步包括差动电路、低通滤波电路；

所述差动电路包括第五A芯片U5A、第四五电容C45、第四六电容C46、第七四电阻R74、第七五电阻R75、第七六电阻R76、第七七电阻R77；

所述低通滤波电路包括第五七电容C57、第六三电容C63、第一电阻R1、第七电阻R7、第一三电阻R13；

所述第五A芯片U5A的反相输入端分别连接第七四电阻R74的第二端、第七五电阻R75的第二端、第四六电容C46的第二端；

所述第五A芯片U5A的输出端分别连接第七四电阻R74的第一端、第四六电容C46的第一端、第一电阻R1的第一端；

所述第一电阻R1的第二端分别连接第七电阻R7的第二端、第一三电阻R13的第一端、第五七电容C57的第一端；第五七电容C57的第二端接地；

所述第八A芯片U8A的输出端分别连接第七电阻R7的第一端、第六三电容C63的第一端；所述第八A芯片U8A的反相输入端分别连接第一三电阻R13的第二端、第六三电容C63的第二端。

本发明的有益效果在于：本发明提出的磁悬浮高速电机控制器，可提高控制的精确度，降低误差，同时提高产品的一致性、稳定性，从而使得产品的电机性能更加可靠。

附图说明

图1为本发明一实施例中磁悬浮高速电机控制器的组成示意图。

图2为本发明一实施例中译码器的电路示意图。

图3为本发明一实施例中数字电位应用电路的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。

说明书中的“连接”既包含直接连接，也包含间接连接，如通过一些有源器件、无源器件或电传导媒介进行的连接；还可包括本领域技术人员公知的在可实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。

本发明揭示了一种磁悬浮高速电机控制器，图1为本发明一实施例中磁悬浮高速电机控制器的组成示意图；请参阅图1，所述磁悬浮高速电机控制器包括：主控电路1及位移控制电路2，所述主控电路1连接位移控制电路2。所述位移控制电路2包括至少一数字电位模块，所述数字电位模块包括电位处理单元21、译码器22及数字电位应用电路23。

所述电位处理单元21的输出端连接译码器22的输入端及所述数字电位应用电路23的输入端，所述译码器22的输出端连接所述数字电位应用电路23的输入端。所述译码器22用以接收所述电位处理单元21的设定输出信号，形成用于控制数字电位应用电路的片选信号，并发送至所述数字电位应用电路23。

所述电位处理单元21可以为单片机系统；单片机系统通过串行接口连接数字电位器的串行接口，单片机的IO接口其中一部分控制数字电位器的控制端，单片机的IO接口另一部分通过译码器控制数字电位器的片选信号，从而控制数字电位器；将各种模拟电路参数的调整和设置通过上位机软件和下位机控制器通讯的方式进行设置和调节。

本发明的单片机系统可采用意法半导体ST发布的STM32H743I I T6。该处理器采用的是32位ARM的Cortex-M7内核，带双精度FPU和L1缓存，频率高达480Mhz，2M字节的FLASH存储器支持读写。1M字节的RAM。内部含有3路A/D最大支持16位；多路串行接口等外设。功能非常强大。本处理器供电电压设计位3.3V,I/O采用的是+3.3V。

本实施例中的IO接口3V转5V电路中，U3是双电源(3.3V转5V)支持8位三态数据转换输出集成电路。单片机系统的3.3VSPI接口信号转换位5V信号去控制数字电位器的SPI接口电路。LDO1是电源转换器，+5V电压转换+3V的电源，C201,C1,C202,C2是滤波电容，这样单片机系统为+3.3V电压，IO口输出为+5V,能提供系统的抗干扰能力。

图2为本发明一实施例中译码器的电路示意图；请参阅图2，在本发明的一实施例中，所述译码器22包括译码器集成电路，所述数字电位应用电路包括数字电位器；所述电位处理单元21的IO接口电路输出的IO信号，被译码器22译码成控制数字电位应用电路23中数字电位器的片选信号。如，PI D_P_CH1就是第一个自由度PI D电路中比例放大的数字电位器的片选信号线。

图3为本发明一实施例中数字电位应用电路的电路示意图；请参阅图3，在本发明的一实施例中，本发明的技术方案应用于磁浮高速电机控制系统控制电路中，应用数字电位器控制零点位置和幅度位置控制。所述位移控制电路2包括零点位置控制电路及幅度位置控制电路，零点位置控制电路连接幅度位置控制电路。

在本发明的一实施例中，所述零点位置控制电路包括第一一芯片U11、第八A芯片U8A、第二电容C2、第一九电阻R19、第二五电阻R25；所述幅度位置控制电路包括第一六芯片U16、第八B芯片U8B、第五一电阻R51。

所述第八A芯片U8A的输出端连接第八B芯片U8B的正相输入端；所述第八A芯片U8A的正相输入端分别连接第一九电阻R19的第二端、第二五电阻R25的第一端、第二电容C2的第一端；第一九电阻R19的第一端连接第一一芯片U11的POW管脚；第二五电阻R25的第二端、第二电容C2的第二端分别接地。

所述第八B芯片U8B的反相输入端分别连接第一六芯片U16的POB管脚、第五一电阻R51的第一端；第五一电阻R51的第二端接地；所述第八B芯片U8B的输出端连接第一六芯片U16的POW管脚。

所述第一一芯片U11、第一六芯片U16可以为数字电位器，所述第五A芯片U5A、第八A芯片U8A、第八B芯片U8B可以为运算放大器；

此外，所述位移控制电路还可以进一步包括差动电路、低通滤波电路。如图3所示，所述差动电路包括第五A芯片U5A、第四五电容C45、第四六电容C46、第七四电阻R74、第七五电阻R75、第七六电阻R76、第七七电阻R77。所述低通滤波电路包括第五七电容C57、第六三电容C63、第一电阻R1、第七电阻R7、第一三电阻R13。

所述第五A芯片U5A的反相输入端分别连接第七四电阻R74的第二端、第七五电阻R75的第二端、第四六电容C46的第二端；所述第五A芯片U5A的输出端分别连接第七四电阻R74的第一端、第四六电容C46的第一端、第一电阻R1的第一端。所述第一电阻R1的第二端分别连接第七电阻R7的第二端、第一三电阻R13的第一端、第五七电容C57的第一端；第五七电容C57的第二端接地。

所述第八A芯片U8A的输出端分别连接第七电阻R7的第一端、第六三电容C63的第一端；所述第八A芯片U8A的反相输入端分别连接第一三电阻R13的第二端、第六三电容C63的第二端。

涡电流传感器生成的配对的感应电压信号IN+,IN-，通过差动电路生成轴承位置位移的信号电压，先通过低通滤波电路，然后进入零点调整电路，单片机系统控制U11输出中间电阻值W_W1,从而控制该端的电位，从而控制位置位移信号的零点电位。然后轴承位置位移的信号电压再进入幅度放大电路，单片机系统控制U16输出的W_W2和W_B2之间的电阻从而控制U8B放大电路的放大倍数；从而控制了位置位移信号的幅度值。这样，就可以调整轴承位置极限位置位移的信号电压值。

综上所述，本发明提出的磁悬浮高速电机控制器，可提高控制的精确度，降低误差，同时提高产品的一致性、稳定性，从而使得产品的电机性能更加可靠。

在本发明的一种使用场景中，本发明采用数字电位器取代模拟电位器，通过将各种电路参数的调整及设置，通过上位机和下位机控制器通讯的方式进行设置和调节，可减少人工手法手感的误差带来的数字忽大忽小的弊端，能有效地提高产品一致性，稳定性，从而使得产品的电机性能更加可靠。此外，本发明可去除多余的仪器仪表，有效的提高了工作效率。本发明可用于离心式鼓风机、风光发电机等领域中。

需要注意的是，本申请可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施；例如，可采用专用集成电路(ASIC)、通用目的计算机或任何其他类似硬件设备来实现。在一些实施例中，本申请的软件程序可以通过处理器执行以实现上文步骤或功能。同样地，本申请的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中；例如，RAM存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本申请的一些步骤或功能可采用硬件来实现；例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现，对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (6)

1.一种磁悬浮高速电机控制器，其特征在于，所述磁悬浮高速电机控制器包括：主控电路及位移控制电路，所述主控电路连接位移控制电路；

所述位移控制电路包括至少一数字电位模块，所述数字电位模块包括电位处理单元、译码器及数字电位应用电路；

所述电位处理单元的输出端连接译码器的输入端及所述数字电位应用电路的输入端，所述译码器的输出端连接所述数字电位应用电路的输入端；

所述译码器用以接收所述电位处理单元的设定输出信号，形成用于控制数字电位应用电路的片选信号，并发送至所述数字电位应用电路。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮高速电机控制器，其特征在于：

所述译码器包括译码器集成电路，所述数字电位应用电路包括数字电位器；所述电位处理单元的IO接口电路输出的IO信号，被译码器译码成控制数字电位应用电路中数字电位器的片选信号。

3.根据权利要求1所述的磁悬浮高速电机控制器，其特征在于：

所述位移控制电路包括零点位置控制电路及幅度位置控制电路，零点位置控制电路连接幅度位置控制电路。

4.根据权利要求3所述的磁悬浮高速电机控制器，其特征在于：

所述零点位置控制电路包括第一一芯片U11、第八A芯片U8A、第二电容C2、第一九电阻R19、第二五电阻R25；所述幅度位置控制电路包括第一六芯片U16、第八B芯片U8B、第五一电阻R51；

所述第八A芯片U8A的输出端连接第八B芯片U8B的正相输入端；所述第八A芯片U8A的正相输入端分别连接第一九电阻R19的第二端、第二五电阻R25的第一端、第二电容C2的第一端；第一九电阻R19的第一端连接第一一芯片U11的POW管脚；第二五电阻R25的第二端、第二电容C2的第二端分别接地；

所述第八B芯片U8B的反相输入端分别连接第一六芯片U16的POB管脚、第五一电阻R51的第一端；第五一电阻R51的第二端接地；所述第八B芯片U8B的输出端连接第一六芯片U16的POW管脚。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮高速电机控制器，其特征在于：

所述第一一芯片U11、第一六芯片U16均为数字电位器，所述第五A芯片U5A、第八A芯片U8A、第八B芯片U8B为运算放大器。

6.根据权利要求4所述的磁悬浮高速电机控制器，其特征在于：

所述位移控制电路进一步包括差动电路、低通滤波电路；

所述差动电路包括第五A芯片U5A、第四五电容C45、第四六电容C46、第七四电阻R74、第七五电阻R75、第七六电阻R76、第七七电阻R77；

所述低通滤波电路包括第五七电容C57、第六三电容C63、第一电阻R1、第七电阻R7、第一三电阻R13；

所述第五A芯片U5A的反相输入端分别连接第七四电阻R74的第二端、第七五电阻R75的第二端、第四六电容C46的第二端；

所述第五A芯片U5A的输出端分别连接第七四电阻R74的第一端、第四六电容C46的第一端、第一电阻R1的第一端；

所述第一电阻R1的第二端分别连接第七电阻R7的第二端、第一三电阻R13的第一端、第五七电容C57的第一端；第五七电容C57的第二端接地；

所述第八A芯片U8A的输出端分别连接第七电阻R7的第一端、第六三电容C63的第一端；所述第八A芯片U8A的反相输入端分别连接第一三电阻R13的第二端、第六三电容C63的第二端。

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