一種用于磁懸浮分子泵控制系統(tǒng)的數(shù)字電源裝置制造方法
【專利摘要】一種用于磁懸浮分子泵控制系統(tǒng)的數(shù)字電源裝置，其主要包括AC/DC變換器模塊、自供電模塊、DSP控制模塊、低壓DC/DC模塊、CAN通信接口模塊以及HMI人機(jī)接口模塊。該裝置運行時，DSP控制模塊根據(jù)給定電壓值，采用電壓傳感器和電流傳感器的輸出作為反饋，通過PWM控制AC/DC變換器模塊和高壓DC/DC模塊中的開關(guān)器件，構(gòu)成電流電壓的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，二者的電壓輸出作為磁軸承的功放電源和低壓DC/DC模塊的輸入，低壓DC/DC模塊的輸出作為磁軸承系統(tǒng)的控制電源。當(dāng)外部電網(wǎng)失效時，高壓DC/DC模塊依靠電機(jī)的回饋能量進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，繼續(xù)為磁軸承系統(tǒng)提供電能，實現(xiàn)磁軸承的掉電保護(hù)功能。
【專利說明】一種用于磁懸浮分子泵控制系統(tǒng)的數(shù)字電源裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于磁懸浮分子泵控制系統(tǒng)的數(shù)字電源裝置，能夠為磁懸浮分子泵系統(tǒng)中的磁軸承系統(tǒng)和電機(jī)的控制系統(tǒng)提供所需的電源，該裝置在外部電力失效時，通過采用傳統(tǒng)的UPS或者永磁電機(jī)能量回饋的形式對磁軸承系統(tǒng)的電源進(jìn)行實時補(bǔ)償功能，特別適用于對于電源可靠性要求較高的高速磁懸浮分子泵控制系統(tǒng)。另外，這種數(shù)字電源裝置也適用于其他磁軸承控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]超高真空系統(tǒng)是我國尖端科學(xué)儀器、國防領(lǐng)域核心器件、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)工藝裝備研制必不可少的關(guān)鍵儀器設(shè)備，是制約其整體性能提升的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。分子泵是獲得超高真空環(huán)境的高端科學(xué)儀器設(shè)備的關(guān)鍵核心部件。根據(jù)轉(zhuǎn)子的支承方式，分子泵分為機(jī)械軸承分子泵和磁懸浮分子泵。鑒于機(jī)械軸承分子泵的抽速和壓縮比低、存在油擴(kuò)散污染、壽命短等缺點，磁懸浮分子泵已取代機(jī)械軸承分子泵。國內(nèi)儀器廠商仍采用機(jī)械軸承分子泵，產(chǎn)品大多面向中低端用戶，嚴(yán)重制約我國超高真空科學(xué)儀器設(shè)備的發(fā)展。
[0003]磁懸浮分子泵系統(tǒng)采用磁軸承的支承方式，通過電磁力來支承轉(zhuǎn)子，如果出現(xiàn)外部電力失效的情況時，磁軸承喪失電磁力，導(dǎo)致高速轉(zhuǎn)子跌落在保護(hù)軸承上，對軸承和轉(zhuǎn)子造成損害，因此磁懸浮分子泵控制系統(tǒng)的電源裝置必須具備電力失效補(bǔ)償功能。
[0004]磁懸浮分子泵控制系統(tǒng)的電力失效補(bǔ)償方法根據(jù)原理可以分為采用基于化學(xué)電池的不間斷電源(UPS)和基于永磁電機(jī)能量回饋的電源變換器。傳統(tǒng)的磁懸浮分子泵控制系統(tǒng)的電源原理是基于電源集成控制芯片的開關(guān)變換器電源，可以使用不間斷UPS或者基于永磁電機(jī)能量回饋的方法進(jìn)行電力失效補(bǔ)償。開關(guān)電源的效率高于線性電源，采用模擬控制方式，系統(tǒng)帶寬高，但是開關(guān)變換器是典型的非線性、參數(shù)時變系統(tǒng)，傳統(tǒng)的模擬控制方式無法對開關(guān)變換器的這種非線性、參數(shù)時變特性進(jìn)行有效補(bǔ)償，另外開關(guān)電源也無法滿足現(xiàn)有工業(yè)控制系統(tǒng)所具備的現(xiàn)場總線通訊功能，無法和電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行有效通訊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決問題:克服現(xiàn)有磁懸浮分子泵系統(tǒng)的開關(guān)電源系統(tǒng)無法對于開關(guān)變換器所具有的非線性和參數(shù)時變特性進(jìn)行有效補(bǔ)償以及不具備工業(yè)總線通訊功能的缺陷，提出一種以DSP為控制核心，具備基于永磁電機(jī)能量回饋的電力失效補(bǔ)償和工業(yè)現(xiàn)場總線通訊功能的數(shù)字電源。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種用于磁懸浮分子泵控制系統(tǒng)的數(shù)字電源裝置，包括:
[0007]AC/DC變換器模塊2:與電機(jī)控制系統(tǒng)I的交流電源相接，輸入單相220V交流電壓，將第一電壓傳感器9和第二電壓傳感器10檢測到的電壓輸出值以及電流傳感器13檢測到的電流輸出值反饋至DSP控制模塊5，同時接受DSP控制模塊5輸出的PWM控制信號，以驅(qū)動內(nèi)部開關(guān)管，實現(xiàn)電壓變換，AC/DC變換器模塊2工作時輸出+40V直流電壓，與高壓DC/DC模塊3的輸出并聯(lián),作為磁軸承系統(tǒng)的功放電源，同時作為低壓DC/DC模塊8輸入；
[0008]高壓DC/DC模塊3:與電機(jī)控制系統(tǒng)I的直流母線相接，DSP控制模塊5以第三電壓傳感器11和第四電壓傳感器12的輸出作為反饋，通過電壓閉環(huán)控制輸出PWM信號，控制高壓DC/DC模塊中的開關(guān)管，完成DC/DC轉(zhuǎn)換，輸出+40V直流電壓，與AC/DC變換器模塊2的輸出并聯(lián)，作為磁軸承系統(tǒng)的功放電源，同時作為低壓DC/DC模塊8的輸入,系統(tǒng)外部電力失效時，作為主要工作電路，在DSP控制模塊5的控制作用下，將永磁電機(jī)回饋至電機(jī)控制系統(tǒng)I的直流母線上的電能轉(zhuǎn)換為合適的電源保證磁軸承系統(tǒng)正常工作，實現(xiàn)磁軸承的掉電保護(hù)功能；
[0009]自供電模塊4:與電機(jī)控制系統(tǒng)I的交流電源相接，輸入單相220V交流電壓，采用模擬芯片控制，通過AC/DC轉(zhuǎn)換，得到+5V和+15V電壓，為DSP控制模塊5提供所需電源；
[0010]DSP控制模塊5:作為整個數(shù)字電源裝置的控制核心，與CAN通信接口 6以及HMI人機(jī)接口設(shè)備7相聯(lián)，進(jìn)行控制參數(shù)設(shè)置，同時采用第一電壓傳感器9、第二電壓傳感器10、第三電壓傳感器11、第四電壓傳感器12和電流傳感器13的輸出作為反饋信號，通過輸出PWM控制AC/DC變換器模塊2和高壓DC/DC模塊3的開關(guān)管，實現(xiàn)電壓閉環(huán)控制，輸出+40V直流電壓，自供電模塊4和低壓DC/DC模塊8共同為整個數(shù)字電源裝置提供所需+5V和+15V電源；
[0011]低壓DC/DC模塊8:與AC/DC變換器2和高壓DC/DC模塊3輸出相連接，輸入+40V直流電壓，通過DC/DC轉(zhuǎn)換，輸出+5V和+15V電源為DSP控制模塊5供電，同時輸出+5V、+15V和±15V為磁軸承電機(jī)系統(tǒng)提供控制部分電源；
[0012]CAN通信接口模塊6:與DSP控制模塊5相連接，可以同采用CAN總線通信協(xié)議的PC上位機(jī)進(jìn)行通信。
[0013]HMI人機(jī)接口設(shè)備7:與DSP控制模塊7通過RS-232協(xié)議相連接，可以通過其將控制參數(shù)輸入值DSP控制模塊7，并將系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)顯示出來，進(jìn)行監(jiān)測。
[0014]所述DSP控制模塊5采用TMS320F28335浮點型DSP作為核心控制芯片。
[0015]所述AC/DC變換器模塊2和高壓DC/DC模塊3采用輸出并聯(lián)模式，且系統(tǒng)上電過程為:
[0016](I)系統(tǒng)上電后，自供電模塊4首先工作，為DSP控制模塊5提供+15V控制電源；
[0017](2)DSP控制模塊5控制AC/DC變換器模塊2進(jìn)行AC/DC變換，為磁軸承功放和低壓DC/DC模塊8提供+40V直流電源；
[0018](3) DSP控制模塊5通過第三電壓傳感器11監(jiān)控高壓DC/DC模塊3輸入端電壓，如果滿足高壓DC/DC模塊3輸入電壓大于+40V的要求，則DSP控制模塊5控制高壓DC/DC模塊3完成DC/DC變換，將高壓輸入轉(zhuǎn)換為+40V直流電壓和AC/DC變換器模塊2的輸出并聯(lián)，同時向磁軸承功放和低壓DC/DC模塊8提供電源；
[0019](4)低壓DC/DC模塊8由AC/DC變換器模塊2和高壓DC/DC模塊3同時供電，低壓DC/DC模塊8輸出+5V和+15V電源為DSP控制模塊5供電，同時輸出+5V、+15V和±15V為磁軸承電機(jī)系統(tǒng)提供控制電源；
[0020]外部電力失效時，數(shù)字電源裝置的處理過程為:
[0021](I) DSP控制模塊5首先將當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速、分子泵設(shè)定轉(zhuǎn)速等控制參數(shù)存儲，同時將現(xiàn)場掉電故障通過CAN通信接口 6反饋給上位機(jī)，并在HMI人機(jī)接口設(shè)備7上顯示出來；[0022](2 ) AC/DC變換器模塊2和自供電模塊4停止工作，DSP控制模塊5控制高壓DC/DC模塊3繼續(xù)工作，將永磁電機(jī)回饋至電機(jī)控制系統(tǒng)I直流母線的電能轉(zhuǎn)化為+40V直流電壓，低壓DC/DC模塊8繼續(xù)正常工作，為電機(jī)控制系統(tǒng)I的磁軸承功放部分和控制部分提供所需電源；
[0023]所述DSP控制模塊5在進(jìn)行AC/DC變換器模塊和高壓DC/DC模塊3的DC/DC控制時，采用了基于自校正的電壓閉環(huán)控制算法，其中采用非線性滑?？刂破骱蚉I調(diào)節(jié)器，同時設(shè)計了擴(kuò)展卡爾曼觀測器，對系統(tǒng)的阻尼比和自然振蕩頻率等主要參數(shù)進(jìn)行在線估計，當(dāng)所估計的參數(shù)和預(yù)設(shè)參數(shù)相差達(dá)到20%時，才根據(jù)估計參數(shù)進(jìn)行控制器的重新設(shè)計，降低了系統(tǒng)的運算開銷，保證了實時性；
[0024]本發(fā)明的原理:本發(fā)明采用兩級電源轉(zhuǎn)換，首先通過DSP控制模塊分別控制AC/DC模塊和高壓DC/DC模塊，采用電壓電流閉環(huán)系控制統(tǒng)，為了克服開關(guān)變換器的非線性和參數(shù)時變帶來的干擾，電流環(huán)采用非線性滑?？刂破鳎妷涵h(huán)則采用PI線性控制器，同時采用擴(kuò)展卡爾曼觀測器對于系統(tǒng)的主要參數(shù)進(jìn)行實時在線估計，克服系統(tǒng)的參數(shù)時變特性。AC/DC模塊和高壓DC/DC模塊的輸出并聯(lián)，同時為磁軸承系統(tǒng)提供功率電，低壓DC/DC模塊實現(xiàn)二級轉(zhuǎn)換，為DSP控制模塊供電，同時為電機(jī)系統(tǒng)提供控制用弱電。當(dāng)外部電力失效時，AC/DC模塊首先停止工作，同時，高壓DC/DC模塊繼續(xù)工作，將永磁電機(jī)回饋至電機(jī)控制系統(tǒng)直流母線上的電能，轉(zhuǎn)化為+40V可調(diào)直流電壓，低壓DC/DC模塊正常工作。當(dāng)母線電壓降低至100V時，DSP控制模塊自動校正輸出，控制高壓DC/DC模塊繼續(xù)工作，同時保存現(xiàn)場，并通過CAN總線和HMI輸出系統(tǒng)狀態(tài)，隨著電壓繼續(xù)降低電源系統(tǒng)最終停止工作。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:本發(fā)明是以DSP控制模塊為核心的數(shù)字電源，功率部分采用兩級轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，分別控制AC/DC變換器模塊和高壓DC/DC模塊，在正常情況下，兩者共同為磁軸承系統(tǒng)供電，而在外部電力失效情況下，采用高壓DC/DC模塊將永磁電機(jī)回饋的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，為磁軸承電源提供補(bǔ)償，完成掉電保護(hù)功能。與現(xiàn)有的磁懸浮分子泵所采用的開關(guān)電源相比具有以下特點:
[0026](I)本發(fā)明采用DSP芯片作為控制核心，采用電壓和電流的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)環(huán)為非線性滑?？刂破?，能夠克服開關(guān)變換器的非線性環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)響應(yīng)帶寬，外環(huán)為線性PI控制器，能夠保證控制的穩(wěn)態(tài)精度，同時針對系統(tǒng)參數(shù)的時變特性，采用擴(kuò)展卡爾曼觀測器進(jìn)行系統(tǒng)主要參數(shù)的觀測，能夠?qū)ο到y(tǒng)的控制參數(shù)進(jìn)行實時校正，普通開關(guān)電源采用模擬控制芯片，只能進(jìn)行模擬控制方法。
[0027](2)本發(fā)明采用DSP作為控制核心，具備基于CAN協(xié)議的現(xiàn)場總線，可以和電機(jī)或磁軸承控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，能夠?qū)崟r根據(jù)控制系統(tǒng)的需求進(jìn)行電壓控制。
[0028](3 )本發(fā)明采用了兩級電源轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其中，AC/DC變換器模塊和高壓DC/DC模塊同時為磁軸承提供控制電源，兩者互為備份，大大提高了電源系統(tǒng)的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成框圖；
[0030]圖2為本發(fā)明的電流電壓雙閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖；
[0031]圖3為本發(fā)明的AC/DC變換器中的整流電路；
[0032]圖4為本發(fā)明的高壓DC/DC模塊電路；[0033]圖5為本發(fā)明的CAN通訊接口電路；
[0034]圖6為本發(fā)明的軟件流程圖。
【具體實施方式】
[0035]如圖1所示，本發(fā)明主要由AC/DC變換器模塊2、高壓DC/DC模塊3、自供電模塊
4、DSP控制模塊5、CAN通信接口模塊6、HMI人機(jī)接口設(shè)備7以及低壓DC/DC模塊8組成。AC/DC模塊2和自供電模塊4與電機(jī)控制系統(tǒng)I的單相220V交流電源相接，系統(tǒng)正常啟動時，自供電模塊4首先向DSP控制模塊5提供控制+15V電源，DSP控制模塊5根據(jù)第一電壓傳感器9、第二電壓傳感器10和電流傳感器13的輸出作為反饋，通過電流電壓閉環(huán)控制輸出PWM信號，控制AC/DC變換器模塊中的開關(guān)管，完成AC/DC轉(zhuǎn)換，輸出+40V的直流電壓，同時DSP控制模塊5以第三電壓傳感器11和第四電壓傳感器12的輸出作為反饋，通過電壓閉環(huán)控制輸出PWM信號，控制高壓DC/DC模塊3中的開關(guān)管，完成DC/DC轉(zhuǎn)換，輸出+40V的直流電壓，同時與AC/DC變換器模塊2的輸出并聯(lián),作為磁軸承系統(tǒng)的功放電源，同時作為低壓DC/DC模塊8的輸入，低壓DC/DC模塊8輸出+15V電源為DSP控制模塊5供電，同時輸出+5V、+15V和±15V為磁軸承電機(jī)系統(tǒng)提供控制電源，當(dāng)系統(tǒng)外部電力失效時，DSP控制模塊5則控制高壓DC/DC模塊3將電機(jī)控制系統(tǒng)I回饋至直流母線的電能繼續(xù)轉(zhuǎn)化為+40V直流電壓，為磁軸承系統(tǒng)繼續(xù)提供電源，實現(xiàn)掉電保護(hù)功能，DSP控制模塊5可以通過CAN通信接口模塊6與其他帶有CAN總線的主機(jī)設(shè)備如變頻器，實現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)的上傳以及控制信號的接收，HMI人機(jī)接口設(shè)備7直接與DSP控制模塊5進(jìn)行通訊，發(fā)送用戶的控制指令，顯示系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)。
[0036]如圖2所示，給出了本發(fā)明的開關(guān)變換器電流電壓閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，系統(tǒng)首先給定參考電壓Uref，然后根據(jù)第二電壓傳感器10輸出的電壓檢測值，輸入DSP控制系統(tǒng)模塊5中，通過PI控制器算出系統(tǒng)的電流給定，然后根據(jù)輸出端電流傳感器13的反饋值，通過非線性滑?？刂破饔嬎愠鯬WM控制量，通過控制AC/DC變換器的開關(guān)管，實現(xiàn)電流電壓雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，另外為了克服系統(tǒng)參數(shù)的時變特性，采用了基于卡爾曼濾波的觀測器Q (s)，通過對系統(tǒng)參數(shù)實時在線估計，進(jìn)行控制參數(shù)的在線調(diào)整，最終實現(xiàn)基于自校正的電流電壓雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。
[0037]如圖3所示，給出了本發(fā)明的AC/DC變換器2中的整流電路，該電路使用保險絲Fl進(jìn)行過流保護(hù)，使用壓敏電阻MOV進(jìn)行防雷保護(hù)，使用NTC電阻限制啟動電流，然后使用電容Cl、C2和共模電感Tl組成的濾波器進(jìn)行共模干擾的濾除，最后通過單相整流橋Ul將交流電轉(zhuǎn)化為310V左右的直流電源，為AC/DC變換器2提供變換所需高壓直流電源，本發(fā)明的AC/DC變換器包括整流電路和DC/DC轉(zhuǎn)換電路，其中DC/DC轉(zhuǎn)換電路和高壓DC/DC模塊電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同。
[0038]如圖4所示，給出了本發(fā)明的高壓DC/DC模塊電路，該電路采用基于Buck結(jié)構(gòu)的DC/DC變換器結(jié)構(gòu)，輸入為電機(jī)系統(tǒng)的母線電壓，開關(guān)管采用1200V IGBT，能夠兼容單相和三相交流電源供電的電機(jī)控制系統(tǒng)，高壓直流電源通過Rl和R2NTC電阻限制了母線電容CdcU Cdc2、Cdc3和Cdc4充電電流，然后通過Q2、L1、D2和C3組成的Buck變換器進(jìn)行直流電壓的轉(zhuǎn)換，Ul和U3為霍爾電壓傳感器，為控制系統(tǒng)提供反饋電壓和輸入電壓，U2為霍爾電流傳感器，為控制系統(tǒng)提供Buck變換器的電感電流反饋，Buck變換器輸出經(jīng)過二極管D3防止電流倒流。
[0039]如圖5所示，給出了本發(fā)明的CAN通訊接口電路，為了減少干擾，采用了獨立供電，DSP控制模塊5輸出和接受的信息首先通過磁耦芯片IS07221C進(jìn)行隔離，然后再采用SN65HVD230芯片進(jìn)行CAN電平轉(zhuǎn)換，作為和外部的通訊接口。
[0040]如圖6所示，給出了本發(fā)明的軟件控制流程圖，系統(tǒng)上電后，首先自供電模塊4為整個系統(tǒng)提供控制電源+15V，系統(tǒng)通過各個傳感器檢測電壓、電流的測量值以及開關(guān)管狀態(tài)是否正常，如果出現(xiàn)異常，那么判斷是否是電力失效故障，電力失效故障時DSP控制模塊5繼續(xù)控制高壓DC/DC模塊3工作，如果是其他故障，那么需要結(jié)合軟件算法進(jìn)行故障診斷，并將故障信息記錄，同時進(jìn)行上位機(jī)通訊，電源系統(tǒng)可以正常工作時，首先DSP控制模塊5控制AC/DC變換器2正常工作，同時通過檢測高壓DC/DC模塊3的輸入電壓是否達(dá)到+40V，如果滿足最低需求，那么DSP控制系統(tǒng)5開始驅(qū)動高壓DC/DC模塊3，其輸出和AC/DC變換器2共同為低壓DC/DC模塊8供電，此時低壓DC/DC模塊8正常工作，系統(tǒng)檢測狀態(tài)，重復(fù)之前的工作過程。
[0041]本發(fā)明雖為磁懸浮分子泵控制系統(tǒng)的數(shù)字電源裝置，但也可以作為一種通用的數(shù)字電源裝置，適用于電機(jī)控制系統(tǒng)，應(yīng)用者可以根據(jù)其特殊的應(yīng)用領(lǐng)域通過修改系統(tǒng)硬件參數(shù)來靈活方便地實現(xiàn)其功能。
【權(quán)利要求】
1.一種用于磁懸浮分子泵控制系統(tǒng)的數(shù)字電源裝置，其特征在于:包括以下模塊: AC/DC變換器模塊(2):與電機(jī)控制系統(tǒng)(I)的交流電源相接，輸入單相220V交流電壓，DSP控制模塊(5)以第一電壓傳感器(9)、第二電壓傳感器(10)檢測到的電壓值以及電流傳感器13檢測到的電流值作為反饋，通過電流電壓閉環(huán)控制輸出PWM信號，控制自身模塊中的開關(guān)管，完成DC/DC轉(zhuǎn)換，輸出+40V直流電壓，與高壓DC/DC模塊(3)的輸出并聯(lián)，作為磁軸承系統(tǒng)的功放電源，同時作為低壓DC/DC模塊(8)輸入； 高壓DC/DC模塊(3):與電機(jī)控制系統(tǒng)(I)的直流母線相接，DSP控制模塊(5)以第三電壓傳感器(11)和第四電壓傳感器(12)的輸出作為反饋，通過電壓閉環(huán)控制輸出PWM信號，控制自身模塊中的開關(guān)管，完成DC/DC轉(zhuǎn)換，輸出+40V直流電壓，與AC/DC變換器模塊(2)的輸出并聯(lián)，作為磁軸承系統(tǒng)的功放電源，同時作為低壓DC/DC模塊(8)的輸入,系統(tǒng)外部電力失效時，作為主要工作電路，在DSP控制模塊(5)的作用下，將永磁電機(jī)回饋至電機(jī)控制系統(tǒng)(I)的直流母線上的電能轉(zhuǎn)換為合適的電源保證磁軸承系統(tǒng)正常工作，實現(xiàn)磁軸承的掉電保護(hù)功能； 自供電模塊(4):與電機(jī)控制系統(tǒng)(1)的交流電源相接，輸入單相220V交流電壓，采用模擬芯片控制，通過AC/DC轉(zhuǎn)換，得到+5V和+15V電壓，為DSP控制模塊(5)提供所需電源； DSP控制模塊(5):作為整個數(shù)字電源裝置的控制核心，與CAN通信接口(6)以及HMI人機(jī)接口設(shè)備(7)相聯(lián)，進(jìn)行控制參數(shù)設(shè)置，同時采用第一電壓傳感器(9)、第二電壓傳感器(10)、第三電壓傳感器(1 1)、第四電壓傳感器(12)和電流傳感器(13)的輸出作為反饋信號，通過輸出PWM控制AC/DC變換器模塊(2)和高壓DC/DC模塊(3)的開關(guān)管，分別實現(xiàn)電壓閉環(huán)控制，輸出+40V直流電壓，自供電模塊(4)和低壓DC/DC模塊(8)共同為整個數(shù)字電源裝置提供所需+5V和+15V電源； 低壓DC/DC模塊(8 ):與AC/DC變換器(2 )和高壓DC/DC (3 )輸出相連接，輸入+40V直流電壓，通過DC/DC轉(zhuǎn)換，輸出+5V和+15V電源為DSP控制模塊(5)供電，同時輸出+5V、+15V和±15V為磁軸承電機(jī)系統(tǒng)提供控制部分電源； CAN通信接口模塊(6 ):與DSP控制模塊(5 )相連接，可以同采用CAN總線通信協(xié)議的PC上位機(jī)進(jìn)行通信； HMI人機(jī)接口設(shè)備(7):與DSP控制模塊(7)通過RS-232協(xié)議相連接，可以通過其將控制參數(shù)輸入值DSP控制模塊(7 )，并將系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)顯示出來，進(jìn)行監(jiān)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁懸浮分子泵控制系統(tǒng)的數(shù)字電源裝置，其特征在于:所述AC/DC變換器模塊(2)和高壓DC/DC模塊(3)采用輸出并聯(lián)模式，且系統(tǒng)上電過程為: (1)系統(tǒng)上電后，自供電模塊(4)首先工作，為DSP控制模塊(5)提供+15V控制電源； (2)DSP控制模塊(5)控制AC/DC變換器模塊(2)進(jìn)行AC/DC變換，為磁軸承功放和低壓DC/DC模塊(8)提供+40V直流電源； (3)DSP控制模塊(5)通過電壓傳感器(11)監(jiān)控高壓DC/DC模塊(3)輸入端電壓，如果滿足高壓DC/DC模塊(3)輸入電壓大于+40V的要求，則DSP控制模塊(5)控制高壓DC/DC模塊(3)完成DC/DC變換，將高壓輸入轉(zhuǎn)換為+40V直流電壓和AC/DC變換器模塊(2)的輸出并聯(lián)，同時向磁軸承功放和低壓DC/DC模塊(8)提供電源； (4 )低壓DC/DC模塊(8 )由AC/DC變換器模塊(2 )和高壓DC/DC模塊(3 )同時供電，低壓DC/DC模塊(8)輸出+5V和+15V電源為DSP控制模塊(5)供電，同時輸出+5V、+15V和± 15V為磁軸承電機(jī)系統(tǒng)提供控制電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁懸浮分子泵控制系統(tǒng)的數(shù)字電源裝置，其特征在于:外部電力失效時，數(shù)字電源裝置的處理過程為: (1)DSP控制模塊(5)首先將當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速和分子泵設(shè)定轉(zhuǎn)速這兩個控制參數(shù)存儲，同時將現(xiàn)場掉電故障通過CAN通信接口( 6 )反饋給上位機(jī)，并在HMI人機(jī)接口設(shè)備(7 )上顯示出來； (2 ) AC/DC變換器模塊(2 )和自供電模塊(4 )停止工作，DSP控制模塊(5 )控制高壓DC/DC模塊(3 )繼續(xù)工作，將永磁電機(jī)回饋至電機(jī)控制系統(tǒng)(1)直流母線的電能轉(zhuǎn)化為+40V直流電壓，低壓DC/DC模塊(8)繼續(xù)正常工作，為電機(jī)控制系統(tǒng)(1)的磁軸承功放部分和控制部分提供所需電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁懸浮分子泵控制系統(tǒng)的數(shù)字電源裝置，其特征在于:所述DSP控制模塊(5)在進(jìn)行AC/DC變換器模塊和高壓DC/DC模塊(3)的DC/DC控制時，采用了基于自校正的電壓閉環(huán)控制算法，其中采用非線性滑?？刂破骱蚉I調(diào)節(jié)器，同時設(shè)計了擴(kuò)展卡爾曼觀測器，對系統(tǒng)的阻尼比和自然振蕩頻率主要參數(shù)進(jìn)行在線估計，當(dāng)所估計的參數(shù)和預(yù)設(shè)參數(shù)相差達(dá)到20%時，才根據(jù)估計參數(shù)進(jìn)行控制器的重新設(shè)計。
【文檔編號】H02M1/34GK103812320SQ201410072021
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】李紅, 張櫻子, 劉剛, 鄭世強(qiáng), 韓邦成, 毛琨 申請人:北京航空航天大學(xué)