飞轮磁轴承的控制系统和方法
阅读说明：本技术 飞轮磁轴承的控制系统和方法 (Control system and method for flywheel magnetic bearing ) 是由 李树胜 王佳良 李光军 汪大春 于 2021-09-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供了飞轮磁轴承的控制系统和方法,包括位移传感器、底层处理板和上层主控板,底层处理板上设置有FPGA；位移传感器和上层主控板分别与FPGA相连接；位移传感器用于采集飞轮转子相对壳体之间的位移信号,并将位移信号转换成模拟电压信号；上层主控板用于将位移信号和预设参考位移信号通过闭环控制算法,得到功放板开关管PWM占空比；FPGA,用于将模拟电压信号进行转换,得到数字信号；根据功放板开关管PWM占空比生成PWM开关控制信号；将PWM开关控制信号发送给功放板,以使功放板对磁轴承电压进行调节,从而持续为飞轮转子高速旋转提供可靠悬浮,提高了磁轴承系统可靠性和有效性。(The invention provides a control system and a control method of a flywheel magnetic bearing, which comprise a displacement sensor, a bottom layer processing board and an upper layer main control board, wherein the bottom layer processing board is provided with an FPGA; the displacement sensor and the upper main control board are respectively connected with the FPGA; the displacement sensor is used for acquiring a displacement signal between the flywheel rotor and the shell and converting the displacement signal into an analog voltage signal; the upper-layer main control board is used for obtaining the PWM duty ratio of the switching tube of the power amplification board by a closed-loop control algorithm according to the displacement signal and a preset reference displacement signal; the FPGA is used for converting the analog voltage signal to obtain a digital signal; generating a PWM switch control signal according to the PWM duty ratio of a power amplifier board switching tube; and the PWM switch control signal is sent to the power amplifier board so that the power amplifier board regulates the voltage of the magnetic bearing, thereby continuously providing reliable suspension for the high-speed rotation of the flywheel rotor and improving the reliability and effectiveness of the magnetic bearing system.)
技术领域
本发明涉及控制技术领域，尤其是涉及飞轮磁轴承的控制系统和方法。
背景技术
飞轮采用纯电磁悬浮轴承支撑技术，飞轮在旋转过程中其转子可在五个自由度方向实现无接触悬浮(以x，y，z三坐标为例，可在x和y两轴的平动和转动方向、z轴的平动方向，共计五个方向实现中心悬浮控制)，即飞轮转子与壳体之间无任何接触，无摩擦，无损耗。
飞轮磁轴承的可靠控制是保证飞轮运行的安全性、可靠性和稳定工作的关键技术之一，是飞轮磁轴承可靠悬浮、在线监测和状态管理的可靠保障。
在飞轮转子持续旋转过程中，电磁轴承在磁悬浮控制器作用下可始终输出控制力保持转子悬浮于腔体中心位置，一旦悬浮失败则飞轮转子与壳体发生高速碰撞，轻则损坏电磁轴承和电机，重则造成安全事故。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供飞轮磁轴承的控制系统和方法，可以实现飞轮磁轴承数据的快速采集和PWM信号的分层控制，并持续为飞轮转子高速旋转提供可靠悬浮，提高了磁轴承系统可靠性和有效性。
第一方面，本发明实施例提供了飞轮磁轴承的控制系统，所述系统包括位移传感器、底层处理板和上层主控板，所述底层处理板上设置有FPGA；所述位移传感器和所述上层主控板分别与所述FPGA相连接；
所述位移传感器，用于采集飞轮转子相对壳体之间的位移信号，并将所述位移信号转换成模拟电压信号；
所述上层主控板，用于将所述位移信号和预设参考位移信号通过闭环控制算法，得到功放板开关管PWM占空比；
所述FPGA，用于将所述模拟电压信号进行转换，得到数字信号；根据所述功放板开关管PWM占空比生成PWM开关控制信号；将所述PWM开关控制信号发送给功放板，以使所述功放板对磁轴承电压进行调节。
进一步的，所述位移信号包括上径向磁轴承在X轴的位移信号、所述上径向磁轴承在Y轴的位移信号、下径向磁轴承在所述X轴的位移信号、所述下径向磁轴承在所述Y轴的位移信号和轴向磁轴承位移信号。
进一步的，所述PWM开关控制信号包括第一PWM开关控制信号和第二PWM开关控制信号，所述底层处理板包括PWM生成信号单元；
所述PWM生成信号单元，用于根据所述第一PWM开关控制信号控制第一桥臂和第三桥臂导通，根据所述第二PWM开关控制信号控制第二桥臂和第四桥臂不导通；
或者，
根据所述第一PWM开关控制信号控制第一桥臂和第三桥臂不导通，根据所述第二PWM开关控制信号控制第二桥臂和第四桥臂导通。
进一步的，所述底层处理板包括PWM模块；
所述PWM模块，用于当时钟周期计数器达到预设阈值时，载入根据所述功放板开关管PWM占空比得到的比较值，进入PWM脉宽计数，得到PWM脉宽计数值；
当所述PWM脉宽计数值大于所述比较值时，所述PWM开关控制信号为1；
当所述PWM脉宽计数值小于所述比较值时，所述PWM开关控制信号为0；
当所述PWM开关控制信号发生电平翻转时，根据死区时间确定所述PWM开关控制信号的翻转延迟时间。
进一步的，所述PWM模块，用于在所述PWM开关控制信号从1变为0时，经历低电平死区时间；
在所述PWM开关控制信号从0变为1时，经历高电平死区时间。
进一步的，PWM模块包括载波PWM计数器，所述底层处理板上设置有A/D触发模块和A/D采样模块；
所述A/D触发模块，用于当所述载波PWM计数器的计数值达到最大周期计数值时，生成使能信号；
A/D采样模块，用于根据所述使能信号采集所述模拟电压信号。
进一步的，所述底层处理板上设置有A/D镜像寄存器和A/D频率计数器；
所述A/D镜像寄存器，用于存取所述数字信号；
所述A/D频率计数器，用于确定采样周期，并且当计数值达到周期最大值时，通过所述FPGA的I/O口读取所述数字信号。
第二方面，本发明实施例提供了飞轮磁轴承的控制方法，应用于如上所述的飞轮磁轴承的控制系统，所述系统包括位移传感器、底层处理板和上层主控板，所述底层处理板上设置有FPGA；所述方法包括：
所述位移传感器采集飞轮转子相对壳体之间的位移信号，并将所述位移信号转换成模拟电压信号；
所述上层主控板将所述位移信号和预设参考位移信号通过闭环控制算法，得到功放板开关管PWM占空比；
所述FPGA将所述模拟电压信号进行转换，得到数字信号；
根据所述功放板开关管PWM占空比生成PWM开关控制信号；
将所述PWM开关控制信号发送给功放板，以使所述功放板对磁轴承电压进行调节。
第三方面，本发明实施例提供了电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法。
第四方面，本发明实施例提供了具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行如上所述的方法。
本发明实施例提供了飞轮磁轴承的控制系统和方法，包括位移传感器、底层处理板和上层主控板，底层处理板上设置有FPGA；位移传感器和上层主控板分别与FPGA相连接；位移传感器用于采集飞轮转子相对壳体之间的位移信号，并将位移信号转换成模拟电压信号；上层主控板用于将位移信号和预设参考位移信号通过闭环控制算法，得到功放板开关管PWM占空比；FPGA，用于将模拟电压信号进行转换，得到数字信号；根据功放板开关管PWM占空比生成PWM开关控制信号；将PWM开关控制信号发送给功放板，以使功放板对磁轴承电压进行调节，从而持续为飞轮转子高速旋转提供可靠悬浮，提高了磁轴承系统可靠性和有效性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明
具体实施方式
或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的飞轮磁轴承的控制系统示意图；
图2为本发明实施例二提供的飞轮磁轴承的控制方法流程图；
图3为本发明实施例三提供的FPGA软件控制方法流程图；
图4为本发明实施例三提供的PWM控制主流程图；
图5为本发明实施例三提供的A/D触发位移采集流程图。
图标：
1-位移传感器；2-底层处理板；3-上层主控板；4-FPGA。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为便于对本实施例进行理解，下面对本发明实施例进行详细介绍。
实施例一：
与其它储能方式相比，飞轮储能技术具有瞬间大功率、快速充放电、能量密度和功率密度高、长寿命和环境污染小等优势，是目前储能领域的先进型物理储能技术之一。飞轮系统之所以能够实现高转速、大功率和长寿命等技术性能，与其所采用的磁悬浮轴承支撑技术密切相关，飞轮只有在可靠悬浮前提下才能实现高转速旋转和快速储能、释能过程；
同时，磁轴承悬浮控制需要根据飞轮转子的实时位移量进行闭环控制，而获取飞轮转子相对壳体之间的位移值是实现磁轴承可靠悬浮的关键内容之一，如何高精度的完成位移信号采集和存取是其前提条件。飞轮磁轴承采用电涡流位移传感器采集转子位移信号，电涡流传感器是一种非接触的线性化计量工具，它能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面距离。电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高等优点，在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。
基于Spartan-6XC6SLX9的飞轮磁轴承PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)控制软件的主要功能是充分利用Xilinx Spartan-6XC6SLX9系列FPGA处理器的时钟逻辑和信号处理能力，实现飞轮磁轴承电涡流位移传感器信号采集和功放系统PWM控制。
图1为本发明实施例一提供的飞轮磁轴承的控制系统示意图。
参照图1，飞轮磁轴承的控制系统包括：位移传感器1、底层处理板2和上层主控板3，底层处理板2上设置有FPGA4；位移传感器1和上层主控板3分别与FPGA4相连接；
位移传感器1，用于采集飞轮转子相对壳体之间的位移信号，并将位移信号转换成模拟电压信号；
这里，位移传感器包括电涡流位移传感器；电涡流位移传感器经过信号调理后输出模拟电压信号，而模拟电压信号经长距离传输抗干扰能力差，需先经过模数转换为数字信号进行传输，同时接收端采用FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)等芯片进行A/D(Analog to DigitalConverter，模拟数字转换器)触发采样和数字信号提取，从而实现高精度触发和采用。
上层主控板3，用于将位移信号和预设参考位移信号通过闭环控制算法，得到功放板开关管PWM占空比；
FPGA4，用于将模拟电压信号进行转换，得到数字信号；根据功放板开关管PWM占空比生成PWM开关控制信号；将PWM开关控制信号发送给功放板，以使功放板对磁轴承电压进行调节；
这里，FPGA处理器为Xilinx Spartan-6XC6SLX9系列，FPGA在数字信号处理方面有很强的优势，可以用于扩展PWM控制信号、保护逻辑控制和精确地通道选择等；上层主控板3上还设置有DSP(Digital Signal Process，数字信号处理)，通过DSP等处理器进行磁悬浮闭环算法，而DSP等处理器往往无法实现多路PWM同时控制，需要引入PWM扩展单元和保护逻辑单元。
进一步的，位移信号包括上径向磁轴承在X轴的位移信号、上径向磁轴承在Y轴的位移信号、下径向磁轴承在X轴的位移信号、下径向磁轴承在Y轴的位移信号和轴向磁轴承位移信号；
这里，轴向磁轴承位移信号为Z磁轴承位移信号；五自由度全悬浮电磁轴承分为上径向磁轴承、下径向磁轴承和轴向磁轴承，每组径向磁轴承又分为x和y两轴，共计五组磁轴承组件，即Ax、Ay、Bx、By和Z磁轴承，而每组磁轴承又由差分形式功放进行驱动，即Ax+、Ax-、Ay+、Ay-、Bx+、Bx-、By+、By-、和Z+、Z-，故需要十组PWM控制信号进行磁轴承电压调节。
进一步的，PWM开关控制信号包括第一PWM开关控制信号和第二PWM开关控制信号，底层处理板包括PWM生成信号单元；
PWM生成信号单元，用于根据第一PWM开关控制信号控制第一桥臂和第三桥臂导通，根据第二PWM开关控制信号控制第二桥臂和第四桥臂不导通；
或者，
根据第一PWM开关控制信号控制第一桥臂和第三桥臂不导通，根据第二PWM开关控制信号控制第二桥臂和第四桥臂导通；
这里，第一PWM开关控制信号和第二PWM开关控制信号为互补关系。
进一步的，底层处理板包括PWM模块；
PWM模块，用于当时钟周期计数器达到预设阈值时，载入根据功放板开关管PWM占空比得到的比较值，进入PWM脉宽计数，得到PWM脉宽计数值；
当PWM脉宽计数值大于比较值时，PWM开关控制信号为1；
当PWM脉宽计数值小于比较值时，PWM开关控制信号为0；
当PWM开关控制信号发生电平翻转时，根据死区时间确定PWM开关控制信号的翻转延迟时间；
进一步的，PWM模块，用于在PWM开关控制信号从1变为0时，经历低电平死区时间；
在PWM开关控制信号从0变为1时，经历高电平死区时间；
这里，比较值需时刻更新。当时钟周期计数器达到预设阈值时，载入DSP的比较值，进入PWM脉宽计数，得到PWM脉宽计数值；
当PWM脉宽计数值大于比较值时，PWM开关控制信号为1，反之当PWM脉宽计数值小于比较值时，PWM开关控制信号为0。同时，当PWM开关控制信号发生电平翻转时，由死区时间确定PWM开关信号的翻转延迟时间，即PWM由1变0时需要经过低电平死区时间，由0变1时需要经过高电平死区时间。整个飞轮磁轴承功放系统由十组功放单元，共需十组PWM控制信号，每组控制信号由同一桥臂互补PWM信号组成。
进一步的，PWM模块包括载波PWM计数器，底层处理板上设置有A/D触发模块和A/D采样模块；
A/D触发模块，用于当载波PWM计数器的计数值达到最大周期计数值时，生成使能信号；
A/D采样模块，用于根据使能信号采集模拟电压信号。
进一步的，底层处理板上设置有A/D镜像寄存器和A/D频率计数器；
A/D镜像寄存器，用于存取数字信号；
A/D频率计数器，用于确定采样周期，并且当计数值达到周期最大值时，通过FPGA的I/O口读取数字信号。
具体地，基于载波PWM计数器的计数值进行触发A/D采集功能，当载波PWM计数器的计数值达到最大周期计数值时，使A/D触发模块生成使能信号，将当前A/D输入的模拟信号进行采样，转化为数字信号后进行锁存，由A/D镜像寄存器存取电涡流位移传感器转化而来的数字信号。A/D频率计数器确定采样周期，当载波PWM计数器的计数值达到周期最大值时，通过FPGA从指定I/O口(与A/D输出接口相连通道)读取数字信号。
本发明提供了飞轮磁轴承的控制系统，系统包括位移传感器、底层处理板和上层主控板，底层处理板上设置有FPGA；位移传感器和上层主控板分别与FPGA相连接；位移传感器，用于采集飞轮转子相对壳体之间的位移信号，并将位移信号转换成模拟电压信号；上层主控板，用于将位移信号和预设参考位移信号通过闭环控制算法，得到功放板开关管PWM占空比；FPGA，用于将模拟电压信号进行转换，得到数字信号；根据功放板开关管PWM占空比生成PWM开关控制信号；将PWM开关控制信号发送给功放板，以使功放板对磁轴承电压进行调节，从而持续为飞轮转子高速旋转提供可靠悬浮，提高了磁轴承系统可靠性和有效性。
实施例二：
图2为本发明实施例二提供的飞轮磁轴承的控制方法流程图。
参照图2，飞轮磁轴承的控制方法包括如下步骤：
系统包括位移传感器、底层处理板和上层主控板，底层处理板上设置有FPGA；
步骤S101，位移传感器采集飞轮转子相对壳体之间的位移信号，并将位移信号转换成模拟电压信号；
这里，飞轮转子相对壳体之间的位移信号包括上径向磁轴承在X轴的位移信号、上径向磁轴承在Y轴的位移信号、下径向磁轴承在X轴的位移信号、下径向磁轴承在Y轴的位移信号和Z磁轴承位移信号；位移信号存储于指定地址。
步骤S102，上层主控板将位移信号和预设参考位移信号通过闭环控制算法，得到功放板开关管PWM占空比；
这里，上层主控板通过总线方式进行数据读取；传统的上层主控制板采用DSP等处理器进行磁悬浮闭环算法；闭环控制算法输入位移信号和预设参考位移信号，输出控制信号，DSP处理器根据控制信号生成功放板开关管PWM占空比；上层主控板将功放板开关管PWM占空比存储于指定地址；同时，上层主控板周期性发送PWM控制命令和位移信号读取命令。
步骤S103，FPGA将模拟电压信号进行转换，得到数字信号；
这里，FPGA通过高速光纤接口进行信号采集、解析和存储。
步骤S104，根据功放板开关管PWM占空比生成PWM开关控制信号；
这里，FPGA通过读取功放板开关管PWM占空比地址，获取当前的功放板开关管PWM占空比；根据功放板开关管PWM占空比生成PWM开关控制信号。
步骤S105，将PWM开关控制信号发送给功放板，以使功放板对磁轴承电压进行调节。
这里，PWM开关控制信号通过高速光纤接口传送给功放板进行磁轴承电压调节。
本发明提供了飞轮磁轴承的控制系统，系统包括位移传感器、底层处理板和上层主控板，底层处理板上设置有FPGA；位移传感器和上层主控板分别与FPGA相连接；位移传感器，用于采集飞轮转子相对壳体之间的位移信号，并将位移信号转换成模拟电压信号；上层主控板，用于将位移信号和预设参考位移信号通过闭环控制算法，得到功放板开关管PWM占空比；FPGA，用于将模拟电压信号进行转换，得到数字信号；根据功放板开关管PWM占空比生成PWM开关控制信号；将PWM开关控制信号发送给功放板，以使功放板对磁轴承电压进行调节，从而实现飞轮磁轴承的位移信号采集、PWM开关信号解析和传输，提高磁轴承系统可靠性、有效性，并能够实现飞轮磁轴承数据的快速采集和PWM信号的分层控制。
实施例三：
图3为本发明实施例三提供的FPGA软件控制方法流程图。
参照图3，FPGA软件控制方法包括如下步骤：
步骤S201，飞轮磁轴承系统上电，上层主控板、FPGA和底层处理板供电正常；
步骤S202，FPGA程序自主运行，完成局设置和系统初始化；其中包括库函数数据库调用、各功能子模块声明、信号变量定义以及子模块例化等；
这里，FPGA为基于VHDL语言编写的软件框架；库函数为libarary IEEE，应用其中的三组数据库：IEEE.STD_LOGIC_1164.AL、IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL和IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL。各功能子模块包括全局时钟信号、上层主控板DSP与FPGA之间的总线信号(包括DSP的时钟信号、DSP时钟基准、32位地址总线、32位数据总线、读写信号和I/O区域地址选择信号等)、十组通道PWM控制信号(上径AX+、上径AX-、上径AY+、上径AY-、下径BX+、下径BX-、下径BY+、下径BY-、轴向Z+、轴向Z-)、五组位移传感器采集信号(上径AX、上径AY、下径BX、下径BY和轴向Z)；
各功能子模块声明包括外部晶振时钟、PWM周期控制信号、PWM全局控制字、PWM比较器比较值更新使能信号、AX+通道PWM脉宽、AX-通道PWM脉宽、BX+通道PWM脉宽、BX-通道PWM脉宽、AY+通道PWM脉宽、AY-通道PWM脉宽、BY+通道PWM脉宽、BY-通道PWM脉宽、Z+通道PWM脉宽、Z-通道PWM脉宽；PWM死区时间、AX+通道PWM控制信号、AX-通道PWM控制信号、BX+通道PWM控制信号、BX-通道PWM控制信号、AY+通道PWM控制信号、AY-通道PWM控制信号、BY+通道PWM控制信号、BY-通道PWM控制信号、Z+通道PWM控制信号、Z-通道PWM控制信号；以及AX通道位移传感器电压调节量、BX通道位移传感器电压调节量、AY通道位移传感器电压调节量、BY通道位移传感器电压调节量和Z通道位移传感器电压调节量；
信号变量定义包括PWM模块的占空比调节量、地址总线、数据总线、以上所用到的PWM相关信号量、复位信号量(采用专用复位芯片生成复位信号)、上层主控板DSP与FPGA接口模块(PWM全局控制字、PWM载波周期信号、AX+通道占空比调节量、AX-通道占空比调节量、BX+通道占空比调节量、BX-通道占空比调节量、AY+通道占空比调节量、AY-通道占空比调节量、BY+通道占空比调节量、BY-通道占空比调节量、Z+通道占空比调节量、Z-通道占空比调节量；A/D控制字输出、看门狗控制字输入口、内部寄存器地址、PWM死区时间和CAN总线数据等)；
子模块例化主要是将以上所有模块、所有变量和信号量进行初始化、输入输出接口连线等。
步骤S203，PWM和A/D模块设计完成，进入PWM和位移信号A/D生成单元，PWM模块用于生成磁轴承功放开关管控制信号，A/D采样单元用于生成位移使能信号并完成数字信号采集和存储；
步骤S204，上层主控板周期性发送PWM控制命令和位移信号读取命令，FPGA接收到读写信号，实现PWM控制信号产生和位移信号采集功能，通过地址和数据总线回传给上层主控板，底层处理板将位移传感器的位移信号转换为数字信号，并通过高速光纤接口传输；
步骤S205，程序运行后PWM控制信号和位移信号均输出正常，磁轴承可进入一键全悬浮状态，并持续为飞轮转子高速旋转提供可靠悬浮。
进一步的，图4为本发明实施例三提供的PWM控制主流程图。
参照图4，PWM控制方法包括以下步骤：
步骤S301，主程序入口；
FPGA全局设置和系统初始化任务完成之后进入具体PWM模块和位移信号A/D触发模块。首先，将全局设置中的变量和信号量映射到各子模块中，用于模块调用。PWM模块集成在底层处理板上，PWM模块包括载波计数器的计数值、PWM占空比调节量、PWM全局使能信号、功率开关管过热信号、PWM死区时间计数器、计数器计数值最小标志信号、比较值更新使能信号、PWM极性控制信号、计数器相关变量(计数器控制生成20kHz三角载波信号、比较控制、PWM信号生成逻辑：AX+通道、AX-通道、BX+通道、BX-通道、AY+通道、AY-通道、BY+通道、BY-通道)、A/D计数器和频率收发器(AX通道、BX通道、AY通道、BY通道和Z通道)。
步骤S302，数据库调用；
这里，PWM模块和A/D触发模块设计完成后，进入PWM生成信号单元和位移信号A/D采样单元。首先将各子模块中的变量和信号量映射到该单元中，用于单元调用，包括PWM各信号量和A/D信号量，然后依据控制逻辑生成PWM信号和A/D采样信号。在PWM生成信号单元中，分为第一桥臂和第三桥臂的第一PWM开关控制信号和方向信号；第二桥臂和第四桥臂的第二PWM开关控制信号和方向信号，需时刻更新比较值，依据比较值确定控制信号。
步骤S303，宏定义、子模块声明；
步骤S304，变量初始化、系统初始化；
步骤S305，子模块例化；
步骤S306，读取开地址和数据总线；
步骤S307，进入主循环；
步骤S308，判断是否为读写信号，若是读写信号，则执行步骤S309，若不是读写信号，则重复步骤S307；
步骤S309，调用PWM控制信号子程序，然后执行步骤S307，；
步骤S310，比较计数器；
步骤S311，调用周期计数器；
步骤S312，控制信号判断输出，然后再执行步骤S309。
进一步的，图5为本发明实施例三提供的A/D触发位移采集流程图。
参照图5，A/D触发位移采集包括以下步骤：
步骤S401，A/D采集程序入口；
步骤S402，数据库调用；
将FPGA全局设置中的变量和信号量映射到A/D触发模块，并进行模块调用；A/D触发模块集成在底层处理板上，需要使用信号才能触发。
步骤S403，变量初始化和信号量初始化；
步骤S404，调用PWM周期计数器；
这里，基于PWM计数器的计数值进行触发A/D采集功能；
步骤S405，判断PWM计数器的计数值是否达到最大周期计数值，若没有达到，则重复步骤S404；若达到，则执行步骤S406；
步骤S406，触发信号使能，启动A/D转换；
这里，A/D转换包括：A/D采样模块，用于根据使能信号采集模拟电压信号；由A/D镜像寄存器存取电涡流位移传感器转化而来的数字信号。A/D频率计数器确定采样周期，当频率计数器的计数值达到周期最大值时，由FPGA从指定I/O口(与A/D输出接口相连通道)读取位移传感器数字信号。
步骤S407，锁存数字信号，并将其存入指定寄存器；
这里，将当前A/D输入的模拟信号进行采样，转化为数字信号后进行锁存。
步骤S408，调用A/D触发子程序，并进入步骤S410；
步骤S409，读取开地址和数据总线；
步骤S410，进入主循环；
步骤S411，判断是否为读写信号，若是，则执行步骤S408，若不是，则重复步骤S410。
本发明提供了飞轮磁轴承的控制系统，系统包括位移传感器、底层处理板和上层主控板，底层处理板上设置有FPGA；位移传感器和上层主控板分别与FPGA相连接；位移传感器，用于采集飞轮转子相对壳体之间的位移信号，并将位移信号转换成模拟电压信号；上层主控板，用于将位移信号和预设参考位移信号通过闭环控制算法，得到功放板开关管PWM占空比；FPGA，用于将模拟电压信号进行转换，得到数字信号；根据功放板开关管PWM占空比生成PWM开关控制信号；将PWM开关控制信号发送给功放板，以使功放板对磁轴承电压进行调节，从而实现飞轮磁轴承的位移信号采集、PWM控制的有效扩展和输入输出、PWM开关信号解析和传输，提高磁轴承系统可靠性、有效性，并能够实现飞轮磁轴承数据的快速采集和PWM信号的分层控制。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例提供的飞轮磁轴承的控制系统。
本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，计算机可读介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述实施例的飞轮磁轴承的控制系统。
本发明实施例所提供的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。