DSP储能飞轮用无刷直流电机的数字控制系统设计解析

　1引言
　　所谓飞轮储能（Flywheel Energy Storage ， FES）技术，就是利用高速旋转的飞轮将能量以动能的形式储存起来，当能量紧急缺乏或需要时，飞轮减速运行，将储存的能量释放出米。飞轮储能技术以其高效率、长寿命、维持简单、无污染且高效、节能等优点，日益受到人们的关注，成为国际能源界研究的热点之一。同时飞轮储能技术应用于航天领域也成为人们追求的目标［1］。
　　不平衡转动力矩作用是飞轮转速改变的根本原因，当转矩的方向与飞轮转动方向一致时，飞轮受到正向不平衡转矩的作用而加速，能量转化为动能储存起来;相反，飞轮减速，动能转化为其它形式的能量。在转化过程中可以吸收和释放的能量为：
　　
　　飞轮储能系统包括储存能量的飞轮转子系统、支撑转子的轴承系统、进行能量转化和拖动的电动/发电机系统、控制系统。飞轮的姿控、储能两种功能都是由电机系统完成的。在飞轮储存能量状态下，电机处于电动状态，给飞轮转子提供力矩；在飞轮释放能量状态下，电机处于发电状态，向蓄电池等提供能量［2］。这就要求飞轮用电机系统既要有电动功能，又要有发电功能。本方案是集这两种功能为一体的设计。
　　控制领域高速DSP的出现，使得无直流电机数字控制系统不仅能获得较高的控制性能，更具有方便灵活的特点。本文介绍方案以DSP为控制核心，
　　2系统硬件结构
　　2.1 DSP的选用
　　DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器［3］。无刷直流电机数字控制系统的核心为TI公司的DSP芯片TMS320LF2407A，它是TI公司推出的专门用于电机控制DSP芯片，其为定点DSP，具有极高的运算速度，主频可达40MHz，运算能力可达40MIPS，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。指令系统还支持程序存储器和数据存储器之间的数据传输，从而可以将算法中可能用到的表或系数直接放在程序存储空间内，不用另外配置ROM芯片［3］。
　　2.2功率驱动电路结构
　　储能飞轮要求电机在不同时刻工作在两种状态，只要在功率电路上增加两个控制电子开关即可实现电动和发电状态的切换。具体电路如图1。


　当T1导通、T2关断时，三相桥工作在逆变模式，电流由28V直流逆变成三相交流提供给电机，电机处于电动状态。
　　当T2导通、T1关断时，三相桥工作在整流模式，电机处于发电状态，电流通过三相桥整流为直流电，提供给耗能或储能装置（功率电阻或升降压变换器）。