电磁轴承
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工控DSP在电磁轴承中的应用
电气控制类 hongzaomeigui 2016-11-10 14:26 发表了文章
工控DSP在电磁轴承中的应用景敏卿刘祖军虞烈一种新的数字控制器，重点从控制器硬件、软件结构方面进行了讨论，并介绍了调试方法和试验结果。由于工业控制专用的DSP芯片集成了闪存、A/DPWM看门狗和许多通讯通道，因而新开发的数字控制器不仅结构简单，且其速度和可靠性也得到提高。使用简单的数字PID控制算法，可实现5kg转子的五自由度稳定起浮这种数字控制系统可作为开发和实施实时控制策略实现电磁轴承产品工程化的实用平台，也景敏卿副教授可以替代现有的模拟控制系统近年来电磁轴承的数字控制发展很快，在国外，已出现了高度集成系列化、规格化的数字控制器，所用的控制规律已发展到现代控制理论，如自适应控制非线性控制-分析方法等，而数字控制器大多数是基于数字信号处理器（digitalsignalprocessor，DSP），也有基于PC机的数子控制器在国内，电磁轴承的数字控制发展较慢，大多数仍然停留在将模拟PID数字化的实验室阶段，数字控制器设计采用了DSP技术，但是硬件结构比较复杂为了满足实用性新型涡轮膨胀机组工业样机数字控制的要求，笔者采用工控TMS320F240来设计、开发了硬件结构更为简单的数字控制器，并采用数字PID策略构建软件框架，实现转子的正常悬浮和运转，可望成为开发和应用实时控制策略的实用平台。
1控制系统组成电磁轴承作为机电一体化的复杂系统，具有本质不稳定性，采用PD或PID控制则可实现稳定悬浮。PID的传递函数为加入的一个小的惯性环节。
其中，I环节用来消除静态误差基金项目：“九五”国家科技攻关计划（98-采用数字控制的电磁轴承一转子系统示意图数字控制部分（虚线框内）由工控芯片DSP及接口电路组成，完成信号采集、控制运算、PWM转换动态调试等功能，以实现对电磁轴承的各种策略的控制；功率放大器采用PWM信号控制的大功率开关功放；位移传感器是非接触式涡流传感器。
和常用的数字控制器结构相比，中有几点不同：①采用工业控制专用芯片TMS320F240作为控制核心，以提高数字控制器的速度和可靠性；②A/D数据采集和PWM数字输出均集成在DSP中，实现米集一计算一输出的最佳协调；③串口的设计，使得上位机可对整个过程进行监测和控制，包括转子的运行状态监测控制策略的选择、位置的修改相关参数的设定，另外，也可获取积累的信息，方便电磁轴承系统的建模、分析，发展为网上监控也很容易；④数字控制器直接提供PWM控制信号，可直接和开关功放单元连接，减少了中间环节，有利于提高整个控制系统的频响。
2控制器硬件设计电磁轴承数字控制器是一个五自由度输入/五自由度输出的测控器。对于每个自由度的输入输出考虑如下：①输入为4路，即2路位移信号（可用于差动或冗余处理），2路线圈电流信号；②输出为2路，即2路PWM信号（用于功放控制以驱动2个线圈）另外，考虑到控制速度、存储容量信息交换等，采用了双TMS320F240构建电磁轴承数字控制器，具体硬件结构框图见峨32接外扩1公共数据区1扩嫌存电贮电一路|蒙路上下电磁铁电流远不够的，需要对TMS320F240扩展以获得较大的存储空间；另外，使用双DSP处理器实现数字控制，无论是采用并行控制方式，还是主从式处理方式，DSP间都不可避免地要进行大量的数据交换及相互间的握手通信，为此，在DSP之间也设计一个公共数据区，以实现二者间的数据共享输入和输出接口是数字控制器信息出入的匹配端口输入的位移和电流信号通过电平位移、比例变换、电流转换、滤波等后变成为0~5V的电压信号再进入片内A/D；输出的PWM信号经过信号复制功率放大方可驱动后级的功率放大器。
可通过TMS320的串口与PC机进行通讯，以在线实施控制参数的修改、运行状态的检测等。这里只需将TMS320的串口信号按RS232的规范进行电平转换和驱动。
3系统软件设计为了构建控制器软件框架，使程序易于编写、查错、测试和维护，便于修改、更新和扩充，采用了模块化设计，将整个软件划分为初始化模块（包括所有DSP的基本输入输出单元的初始设置、外扩单元的检测），控制参数管理模块（控制参数检查、初始化、修改），数据采集模块，PWM输出控制模块，数据处理模块（工程变换、滤波等），控制算法模块，通讯模块，主控模块其中，控制算法模块为数字PID控制器采用后向差分法，对模拟PID控制器的传递函数进行离散等效采样周期设为T，令s=基于TMS320F240的数字控制器硬件结构框图T，可得PID并联结构的相应差分方程：品，专为工业控制而设计，它提供了业界成本最低、涉及最广的数字化控制解决方案，在速度、精度、性能、扩展等方面具有诸多优势：50ns指令周期，片内A/D转换和PWM通道、32k片内Flash EEPROM244kW的寻址空间、串行通信接口、丰富的指令集等。A/D模块由2路10位A/D转换器组成，每8个模拟输入使用一路A/D转换器，2路A/D转换器可实现同步采样，采样间隔最小为6sPWM模块由2个全比较和2个简单比较单元组成，可以产生对称和不对称PWM波，3个定时器可为PWM提供时钟基准以及进行PWM基波周期和脉冲宽度控制等。所以，TMS320F240是电磁轴承数字控制的首选芯片为了能实施复杂的控制算法和大量的数据处理计划，DSP内部的RAM在很多应用场合是远Y分别为第K次的输入值'输出值。
在这种方法的调节器中，比例、微分和积分3个部分互相独立，有利于系统参数的整定，同时各系数对极点的灵敏度也相对比较弱，有利于系统的稳定由于2路A/D并行采集，每个自由度A/D采集运算、PWM输出的时间可控制在20Ms，当采用中断提前采集方式时，为下一自由度进行的A/D采集时间与当前的运算控制时间相重合，每个自由度所花费的时间还可缩短。故此，5个自由度每测控一次的时间为100Ms，即采样周期T=分买验数据和曲线（偏置电流为5A，PWM载频40kHz，工作电压为65 4调试和结论由于以上控制算法及系统软件的设计是在将电磁轴承系统作为一个完全解耦的系统的基础上完成的，所以可先调试1个自由度的数字控制，其余自由度使用模拟PID控制，调试成功后以此为基础，再调试其余4个自由度首先在TMS320F240的微处理器模，取掉DSP仿真器，工作方式开关选择微计算机模式（microcomputer），上电复位后，数字控制器正常工作，控制的效果和调试的最后结果一致数字控制用的转子重量为8.6kg，长度为420mm，直径为60mm；2个径向磁轴承的工作气隙为0. 27mm；使用的功率放大器PWM载频为20 V下面是部线圈电流I和PWM占空比Z的关系曲线某自由度的控制参数如下：米样周期Q1ms；比例系数2；积分时间常数Ti（=Kp/K；）=0.062s；微分时间常数Td（=Kd/Kp）=Q125s；微分中的惯性环节Td=0.25s电磁轴承的启动特性参数如下：启动时间Q51s；上升时间0.；振荡次数为2应用表明，采用双DSP设计的电磁轴承数字控制器，具有快速控制计算、高速数据采集和可靠的数字输出能力，可直接和位置检测单元、开关功放单元连接，电磁轴承的位置检测J一控制计算一输出控制的整个周期时间最快可达80s，完全适合电磁轴承的控制；在数据采集环节及PWM控制环节的协调配合下，采用数字PID策略形成了控制软件框架，实现转子的正常悬浮，并取得较好的动态特性和静态特性；用于上位机进行监控的串口，具有正常的数据交换能力。整个数字控制器由设计到实现，经过了调试和试验，实现了初步目的一一基本通用控制平台的建立，为下一步的控制策略研究开发和使用微机对本控制系统进行监测控制提供了方便的软硬件开发环境。
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1控制系统组成电磁轴承作为机电一体化的复杂系统，具有本质不稳定性，采用PD或PID控制则可实现稳定悬浮。PID的传递函数为加入的一个小的惯性环节。
其中，I环节用来消除静态误差基金项目：“九五”国家科技攻关计划（98-采用数字控制的电磁轴承一转子系统示意图数字控制部分（虚线框内）由工控芯片DSP及接口电路组成，完成信号采集、控制运算、PWM转换动态调试等功能，以实现对电磁轴承的各种策略的控制；功率放大器采用PWM信号控制的大功率开关功放；位移传感器是非接触式涡流传感器。
和常用的数字控制器结构相比，中有几点不同：①采用工业控制专用芯片TMS320F240作为控制核心，以提高数字控制器的速度和可靠性；②A/D数据采集和PWM数字输出均集成在DSP中，实现米集一计算一输出的最佳协调；③串口的设计，使得上位机可对整个过程进行监测和控制，包括转子的运行状态监测控制策略的选择、位置的修改相关参数的设定，另外，也可获取积累的信息，方便电磁轴承系统的建模、分析，发展为网上监控也很容易；④数字控制器直接提供PWM控制信号，可直接和开关功放单元连接，减少了中间环节，有利于提高整个控制系统的频响。
2控制器硬件设计电磁轴承数字控制器是一个五自由度输入/五自由度输出的测控器。对于每个自由度的输入输出考虑如下：①输入为4路，即2路位移信号（可用于差动或冗余处理），2路线圈电流信号；②输出为2路，即2路PWM信号（用于功放控制以驱动2个线圈）另外，考虑到控制速度、存储容量信息交换等，采用了双TMS320F240构建电磁轴承数字控制器，具体硬件结构框图见峨32接外扩1公共数据区1扩嫌存电贮电一路|蒙路上下电磁铁电流远不够的，需要对TMS320F240扩展以获得较大的存储空间；另外，使用双DSP处理器实现数字控制，无论是采用并行控制方式，还是主从式处理方式，DSP间都不可避免地要进行大量的数据交换及相互间的握手通信，为此，在DSP之间也设计一个公共数据区，以实现二者间的数据共享输入和输出接口是数字控制器信息出入的匹配端口输入的位移和电流信号通过电平位移、比例变换、电流转换、滤波等后变成为0~5V的电压信号再进入片内A/D；输出的PWM信号经过信号复制功率放大方可驱动后级的功率放大器。
可通过TMS320的串口与PC机进行通讯，以在线实施控制参数的修改、运行状态的检测等。这里只需将TMS320的串口信号按RS232的规范进行电平转换和驱动。
3系统软件设计为了构建控制器软件框架，使程序易于编写、查错、测试和维护，便于修改、更新和扩充，采用了模块化设计，将整个软件划分为初始化模块（包括所有DSP的基本输入输出单元的初始设置、外扩单元的检测），控制参数管理模块（控制参数检查、初始化、修改），数据采集模块，PWM输出控制模块，数据处理模块（工程变换、滤波等），控制算法模块，通讯模块，主控模块其中，控制算法模块为数字PID控制器采用后向差分法，对模拟PID控制器的传递函数进行离散等效采样周期设为T，令s=基于TMS320F240的数字控制器硬件结构框图T，可得PID并联结构的相应差分方程：品，专为工业控制而设计，它提供了业界成本最低、涉及最广的数字化控制解决方案，在速度、精度、性能、扩展等方面具有诸多优势：50ns指令周期，片内A/D转换和PWM通道、32k片内Flash EEPROM244kW的寻址空间、串行通信接口、丰富的指令集等。A/D模块由2路10位A/D转换器组成，每8个模拟输入使用一路A/D转换器，2路A/D转换器可实现同步采样，采样间隔最小为6sPWM模块由2个全比较和2个简单比较单元组成，可以产生对称和不对称PWM波，3个定时器可为PWM提供时钟基准以及进行PWM基波周期和脉冲宽度控制等。所以，TMS320F240是电磁轴承数字控制的首选芯片为了能实施复杂的控制算法和大量的数据处理计划，DSP内部的RAM在很多应用场合是远Y分别为第K次的输入值'输出值。
在这种方法的调节器中，比例、微分和积分3个部分互相独立，有利于系统参数的整定，同时各系数对极点的灵敏度也相对比较弱，有利于系统的稳定由于2路A/D并行采集，每个自由度A/D采集运算、PWM输出的时间可控制在20Ms，当采用中断提前采集方式时，为下一自由度进行的A/D采集时间与当前的运算控制时间相重合，每个自由度所花费的时间还可缩短。故此，5个自由度每测控一次的时间为100Ms，即采样周期T=分买验数据和曲线（偏置电流为5A，PWM载频40kHz，工作电压为65 4调试和结论由于以上控制算法及系统软件的设计是在将电磁轴承系统作为一个完全解耦的系统的基础上完成的，所以可先调试1个自由度的数字控制，其余自由度使用模拟PID控制，调试成功后以此为基础，再调试其余4个自由度首先在TMS320F240的微处理器模，取掉DSP仿真器，工作方式开关选择微计算机模式（microcomputer），上电复位后，数字控制器正常工作，控制的效果和调试的最后结果一致数字控制用的转子重量为8.6kg，长度为420mm，直径为60mm；2个径向磁轴承的工作气隙为0. 27mm；使用的功率放大器PWM载频为20 V下面是部线圈电流I和PWM占空比Z的关系曲线某自由度的控制参数如下：米样周期Q1ms；比例系数2；积分时间常数Ti（=Kp/K；）=0.062s；微分时间常数Td（=Kd/Kp）=Q125s；微分中的惯性环节Td=0.25s电磁轴承的启动特性参数如下：启动时间Q51s；上升时间0.；振荡次数为2应用表明，采用双DSP设计的电磁轴承数字控制器，具有快速控制计算、高速数据采集和可靠的数字输出能力，可直接和位置检测单元、开关功放单元连接，电磁轴承的位置检测J一控制计算一输出控制的整个周期时间最快可达80s，完全适合电磁轴承的控制；在数据采集环节及PWM控制环节的协调配合下，采用数字PID策略形成了控制软件框架，实现转子的正常悬浮，并取得较好的动态特性和静态特性；用于上位机进行监控的串口，具有正常的数据交换能力。整个数字控制器由设计到实现，经过了调试和试验，实现了初步目的一一基本通用控制平台的建立，为下一步的控制策略研究开发和使用微机对本控制系统进行监测控制提供了方便的软硬件开发环境。
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工控DSP在电磁轴承中的应用景敏卿刘祖军虞烈一种新的数字控制器，重点从控制器硬件、软件结构方面进行了讨论，并介绍了调试方法和试验结果。由于工业控制专用的DSP芯片集成了闪存、A/DPWM看门狗和许多通讯通道，因而新开发的数字控制器不仅结构简单，且其速度和可靠性也得到提高。使用简单的数字PID控制算法，可实现5kg转子的五自由度稳定起浮这种数字控制系统可作为开发和实施实时控制策略实现电磁轴承产品工程化的实用平台，也景敏卿副教授可以替代现有的模拟控制系统近年来电磁轴承的数字控制发展很快，在国外，已出现了高度集成系列化、规格化的数字控制器，所用的控制规律已发展到现代控制理论，如自适应控制非线性控制-分析方法等，而数字控制器大多数是基于数字信号处理器（digitalsignalprocessor，DSP），也有基于PC机的数子控制器在国内，电磁轴承的数字控制发展较慢，大多数仍然停留在将模拟PID数字化的实验室阶段，数字控制器设计采用了DSP技术，但是硬件结构比较复杂为了满足实用性新型涡轮膨胀机组工业样机数字控制的要求，笔者采用工控TMS320F240来设计、开发了硬件结构更为简单的数字控制器，并采用数字PID策略构建软件框架，实现转子的正常悬浮和运转，可望成为开发和应用实时控制策略的实用平台。
1控制系统组成电磁轴承作为机电一体化的复杂系统，具有本质不稳定性，采用PD或PID控制则可实现稳定悬浮。PID的传递函数为加入的一个小的惯性环节。
其中，I环节用来消除静态误差基金项目：“九五”国家科技攻关计划（98-采用数字控制的电磁轴承一转子系统示意图数字控制部分（虚线框内）由工控芯片DSP及接口电路组成，完成信号采集、控制运算、PWM转换动态调试等功能，以实现对电磁轴承的各种策略的控制；功率放大器采用PWM信号控制的大功率开关功放；位移传感器是非接触式涡流传感器。
和常用的数字控制器结构相比，中有几点不同：①采用工业控制专用芯片TMS320F240作为控制核心，以提高数字控制器的速度和可靠性；②A/D数据采集和PWM数字输出均集成在DSP中，实现米集一计算一输出的最佳协调；③串口的设计，使得上位机可对整个过程进行监测和控制，包括转子的运行状态监测控制策略的选择、位置的修改相关参数的设定，另外，也可获取积累的信息，方便电磁轴承系统的建模、分析，发展为网上监控也很容易；④数字控制器直接提供PWM控制信号，可直接和开关功放单元连接，减少了中间环节，有利于提高整个控制系统的频响。
2控制器硬件设计电磁轴承数字控制器是一个五自由度输入/五自由度输出的测控器。对于每个自由度的输入输出考虑如下：①输入为4路，即2路位移信号（可用于差动或冗余处理），2路线圈电流信号；②输出为2路，即2路PWM信号（用于功放控制以驱动2个线圈）另外，考虑到控制速度、存储容量信息交换等，采用了双TMS320F240构建电磁轴承数字控制器，具体硬件结构框图见峨32接外扩1公共数据区1扩嫌存电贮电一路|蒙路上下电磁铁电流远不够的，需要对TMS320F240扩展以获得较大的存储空间；另外，使用双DSP处理器实现数字控制，无论是采用并行控制方式，还是主从式处理方式，DSP间都不可避免地要进行大量的数据交换及相互间的握手通信，为此，在DSP之间也设计一个公共数据区，以实现二者间的数据共享输入和输出接口是数字控制器信息出入的匹配端口输入的位移和电流信号通过电平位移、比例变换、电流转换、滤波等后变成为0~5V的电压信号再进入片内A/D；输出的PWM信号经过信号复制功率放大方可驱动后级的功率放大器。
可通过TMS320的串口与PC机进行通讯，以在线实施控制参数的修改、运行状态的检测等。这里只需将TMS320的串口信号按RS232的规范进行电平转换和驱动。
3系统软件设计为了构建控制器软件框架，使程序易于编写、查错、测试和维护，便于修改、更新和扩充，采用了模块化设计，将整个软件划分为初始化模块（包括所有DSP的基本输入输出单元的初始设置、外扩单元的检测），控制参数管理模块（控制参数检查、初始化、修改），数据采集模块，PWM输出控制模块，数据处理模块（工程变换、滤波等），控制算法模块，通讯模块，主控模块其中，控制算法模块为数字PID控制器采用后向差分法，对模拟PID控制器的传递函数进行离散等效采样周期设为T，令s=基于TMS320F240的数字控制器硬件结构框图T，可得PID并联结构的相应差分方程：品，专为工业控制而设计，它提供了业界成本最低、涉及最广的数字化控制解决方案，在速度、精度、性能、扩展等方面具有诸多优势：50ns指令周期，片内A/D转换和PWM通道、32k片内Flash EEPROM244kW的寻址空间、串行通信接口、丰富的指令集等。A/D模块由2路10位A/D转换器组成，每8个模拟输入使用一路A/D转换器，2路A/D转换器可实现同步采样，采样间隔最小为6sPWM模块由2个全比较和2个简单比较单元组成，可以产生对称和不对称PWM波，3个定时器可为PWM提供时钟基准以及进行PWM基波周期和脉冲宽度控制等。所以，TMS320F240是电磁轴承数字控制的首选芯片为了能实施复杂的控制算法和大量的数据处理计划，DSP内部的RAM在很多应用场合是远Y分别为第K次的输入值'输出值。
在这种方法的调节器中，比例、微分和积分3个部分互相独立，有利于系统参数的整定，同时各系数对极点的灵敏度也相对比较弱，有利于系统的稳定由于2路A/D并行采集，每个自由度A/D采集运算、PWM输出的时间可控制在20Ms，当采用中断提前采集方式时，为下一自由度进行的A/D采集时间与当前的运算控制时间相重合，每个自由度所花费的时间还可缩短。故此，5个自由度每测控一次的时间为100Ms，即采样周期T=分买验数据和曲线（偏置电流为5A，PWM载频40kHz，工作电压为65 4调试和结论由于以上控制算法及系统软件的设计是在将电磁轴承系统作为一个完全解耦的系统的基础上完成的，所以可先调试1个自由度的数字控制，其余自由度使用模拟PID控制，调试成功后以此为基础，再调试其余4个自由度首先在TMS320F240的微处理器模，取掉DSP仿真器，工作方式开关选择微计算机模式（microcomputer），上电复位后，数字控制器正常工作，控制的效果和调试的最后结果一致数字控制用的转子重量为8.6kg，长度为420mm，直径为60mm；2个径向磁轴承的工作气隙为0. 27mm；使用的功率放大器PWM载频为20 V下面是部线圈电流I和PWM占空比Z的关系曲线某自由度的控制参数如下：米样周期Q1ms；比例系数2；积分时间常数Ti（=Kp/K；）=0.062s；微分时间常数Td（=Kd/Kp）=Q125s；微分中的惯性环节Td=0.25s电磁轴承的启动特性参数如下：启动时间Q51s；上升时间0.；振荡次数为2应用表明，采用双DSP设计的电磁轴承数字控制器，具有快速控制计算、高速数据采集和可靠的数字输出能力，可直接和位置检测单元、开关功放单元连接，电磁轴承的位置检测J一控制计算一输出控制的整个周期时间最快可达80s，完全适合电磁轴承的控制；在数据采集环节及PWM控制环节的协调配合下，采用数字PID策略形成了控制软件框架，实现转子的正常悬浮，并取得较好的动态特性和静态特性；用于上位机进行监控的串口，具有正常的数据交换能力。整个数字控制器由设计到实现，经过了调试和试验，实现了初步目的一一基本通用控制平台的建立，为下一步的控制策略研究开发和使用微机对本控制系统进行监测控制提供了方便的软硬件开发环境。
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1控制系统组成电磁轴承作为机电一体化的复杂系统，具有本质不稳定性，采用PD或PID控制则可实现稳定悬浮。PID的传递函数为加入的一个小的惯性环节。
其中，I环节用来消除静态误差基金项目：“九五”国家科技攻关计划（98-采用数字控制的电磁轴承一转子系统示意图数字控制部分（虚线框内）由工控芯片DSP及接口电路组成，完成信号采集、控制运算、PWM转换动态调试等功能，以实现对电磁轴承的各种策略的控制；功率放大器采用PWM信号控制的大功率开关功放；位移传感器是非接触式涡流传感器。
和常用的数字控制器结构相比，中有几点不同：①采用工业控制专用芯片TMS320F240作为控制核心，以提高数字控制器的速度和可靠性；②A/D数据采集和PWM数字输出均集成在DSP中，实现米集一计算一输出的最佳协调；③串口的设计，使得上位机可对整个过程进行监测和控制，包括转子的运行状态监测控制策略的选择、位置的修改相关参数的设定，另外，也可获取积累的信息，方便电磁轴承系统的建模、分析，发展为网上监控也很容易；④数字控制器直接提供PWM控制信号，可直接和开关功放单元连接，减少了中间环节，有利于提高整个控制系统的频响。
2控制器硬件设计电磁轴承数字控制器是一个五自由度输入/五自由度输出的测控器。对于每个自由度的输入输出考虑如下：①输入为4路，即2路位移信号（可用于差动或冗余处理），2路线圈电流信号；②输出为2路，即2路PWM信号（用于功放控制以驱动2个线圈）另外，考虑到控制速度、存储容量信息交换等，采用了双TMS320F240构建电磁轴承数字控制器，具体硬件结构框图见峨32接外扩1公共数据区1扩嫌存电贮电一路|蒙路上下电磁铁电流远不够的，需要对TMS320F240扩展以获得较大的存储空间；另外，使用双DSP处理器实现数字控制，无论是采用并行控制方式，还是主从式处理方式，DSP间都不可避免地要进行大量的数据交换及相互间的握手通信，为此，在DSP之间也设计一个公共数据区，以实现二者间的数据共享输入和输出接口是数字控制器信息出入的匹配端口输入的位移和电流信号通过电平位移、比例变换、电流转换、滤波等后变成为0~5V的电压信号再进入片内A/D；输出的PWM信号经过信号复制功率放大方可驱动后级的功率放大器。
可通过TMS320的串口与PC机进行通讯，以在线实施控制参数的修改、运行状态的检测等。这里只需将TMS320的串口信号按RS232的规范进行电平转换和驱动。
3系统软件设计为了构建控制器软件框架，使程序易于编写、查错、测试和维护，便于修改、更新和扩充，采用了模块化设计，将整个软件划分为初始化模块（包括所有DSP的基本输入输出单元的初始设置、外扩单元的检测），控制参数管理模块（控制参数检查、初始化、修改），数据采集模块，PWM输出控制模块，数据处理模块（工程变换、滤波等），控制算法模块，通讯模块，主控模块其中，控制算法模块为数字PID控制器采用后向差分法，对模拟PID控制器的传递函数进行离散等效采样周期设为T，令s=基于TMS320F240的数字控制器硬件结构框图T，可得PID并联结构的相应差分方程：品，专为工业控制而设计，它提供了业界成本最低、涉及最广的数字化控制解决方案，在速度、精度、性能、扩展等方面具有诸多优势：50ns指令周期，片内A/D转换和PWM通道、32k片内Flash EEPROM244kW的寻址空间、串行通信接口、丰富的指令集等。A/D模块由2路10位A/D转换器组成，每8个模拟输入使用一路A/D转换器，2路A/D转换器可实现同步采样，采样间隔最小为6sPWM模块由2个全比较和2个简单比较单元组成，可以产生对称和不对称PWM波，3个定时器可为PWM提供时钟基准以及进行PWM基波周期和脉冲宽度控制等。所以，TMS320F240是电磁轴承数字控制的首选芯片为了能实施复杂的控制算法和大量的数据处理计划，DSP内部的RAM在很多应用场合是远Y分别为第K次的输入值'输出值。
在这种方法的调节器中，比例、微分和积分3个部分互相独立，有利于系统参数的整定，同时各系数对极点的灵敏度也相对比较弱，有利于系统的稳定由于2路A/D并行采集，每个自由度A/D采集运算、PWM输出的时间可控制在20Ms，当采用中断提前采集方式时，为下一自由度进行的A/D采集时间与当前的运算控制时间相重合，每个自由度所花费的时间还可缩短。故此，5个自由度每测控一次的时间为100Ms，即采样周期T=分买验数据和曲线（偏置电流为5A，PWM载频40kHz，工作电压为65 4调试和结论由于以上控制算法及系统软件的设计是在将电磁轴承系统作为一个完全解耦的系统的基础上完成的，所以可先调试1个自由度的数字控制，其余自由度使用模拟PID控制，调试成功后以此为基础，再调试其余4个自由度首先在TMS320F240的微处理器模，取掉DSP仿真器，工作方式开关选择微计算机模式（microcomputer），上电复位后，数字控制器正常工作，控制的效果和调试的最后结果一致数字控制用的转子重量为8.6kg，长度为420mm，直径为60mm；2个径向磁轴承的工作气隙为0. 27mm；使用的功率放大器PWM载频为20 V下面是部线圈电流I和PWM占空比Z的关系曲线某自由度的控制参数如下：米样周期Q1ms；比例系数2；积分时间常数Ti（=Kp/K；）=0.062s；微分时间常数Td（=Kd/Kp）=Q125s；微分中的惯性环节Td=0.25s电磁轴承的启动特性参数如下：启动时间Q51s；上升时间0.；振荡次数为2应用表明，采用双DSP设计的电磁轴承数字控制器，具有快速控制计算、高速数据采集和可靠的数字输出能力，可直接和位置检测单元、开关功放单元连接，电磁轴承的位置检测J一控制计算一输出控制的整个周期时间最快可达80s，完全适合电磁轴承的控制；在数据采集环节及PWM控制环节的协调配合下，采用数字PID策略形成了控制软件框架，实现转子的正常悬浮，并取得较好的动态特性和静态特性；用于上位机进行监控的串口，具有正常的数据交换能力。整个数字控制器由设计到实现，经过了调试和试验，实现了初步目的一一基本通用控制平台的建立，为下一步的控制策略研究开发和使用微机对本控制系统进行监测控制提供了方便的软硬件开发环境。
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工控DSP在电磁轴承中的应用
电气控制类 hongzaomeigui 2016-11-10 14:26 发表了文章
工控DSP在电磁轴承中的应用景敏卿刘祖军虞烈一种新的数字控制器，重点从控制器硬件、软件结构方面进行了讨论，并介绍了调试方法和试验结果。由于工业控制专用的DSP芯片集成了闪存、A/DPWM看门狗和许多通讯通道，因而新开发的数字控制器不仅结构简单，且其速度和可靠性也得到提高。使用简单的数字PID控制算法，可实现5kg转子的五自由度稳定起浮这种数字控制系统可作为开发和实施实时控制策略实现电磁轴承产品工程化的实用平台，也景敏卿副教授可以替代现有的模拟控制系统近年来电磁轴承的数字控制发展很快，在国外，已出现了高度集成系列化、规格化的数字控制器，所用的控制规律已发展到现代控制理论，如自适应控制非线性控制-分析方法等，而数字控制器大多数是基于数字信号处理器（digitalsignalprocessor，DSP），也有基于PC机的数子控制器在国内，电磁轴承的数字控制发展较慢，大多数仍然停留在将模拟PID数字化的实验室阶段，数字控制器设计采用了DSP技术，但是硬件结构比较复杂为了满足实用性新型涡轮膨胀机组工业样机数字控制的要求，笔者采用工控TMS320F240来设计、开发了硬件结构更为简单的数字控制器，并采用数字PID策略构建软件框架，实现转子的正常悬浮和运转，可望成为开发和应用实时控制策略的实用平台。
1控制系统组成电磁轴承作为机电一体化的复杂系统，具有本质不稳定性，采用PD或PID控制则可实现稳定悬浮。PID的传递函数为加入的一个小的惯性环节。
其中，I环节用来消除静态误差基金项目：“九五”国家科技攻关计划（98-采用数字控制的电磁轴承一转子系统示意图数字控制部分（虚线框内）由工控芯片DSP及接口电路组成，完成信号采集、控制运算、PWM转换动态调试等功能，以实现对电磁轴承的各种策略的控制；功率放大器采用PWM信号控制的大功率开关功放；位移传感器是非接触式涡流传感器。
和常用的数字控制器结构相比，中有几点不同：①采用工业控制专用芯片TMS320F240作为控制核心，以提高数字控制器的速度和可靠性；②A/D数据采集和PWM数字输出均集成在DSP中，实现米集一计算一输出的最佳协调；③串口的设计，使得上位机可对整个过程进行监测和控制，包括转子的运行状态监测控制策略的选择、位置的修改相关参数的设定，另外，也可获取积累的信息，方便电磁轴承系统的建模、分析，发展为网上监控也很容易；④数字控制器直接提供PWM控制信号，可直接和开关功放单元连接，减少了中间环节，有利于提高整个控制系统的频响。
2控制器硬件设计电磁轴承数字控制器是一个五自由度输入/五自由度输出的测控器。对于每个自由度的输入输出考虑如下：①输入为4路，即2路位移信号（可用于差动或冗余处理），2路线圈电流信号；②输出为2路，即2路PWM信号（用于功放控制以驱动2个线圈）另外，考虑到控制速度、存储容量信息交换等，采用了双TMS320F240构建电磁轴承数字控制器，具体硬件结构框图见峨32接外扩1公共数据区1扩嫌存电贮电一路|蒙路上下电磁铁电流远不够的，需要对TMS320F240扩展以获得较大的存储空间；另外，使用双DSP处理器实现数字控制，无论是采用并行控制方式，还是主从式处理方式，DSP间都不可避免地要进行大量的数据交换及相互间的握手通信，为此，在DSP之间也设计一个公共数据区，以实现二者间的数据共享输入和输出接口是数字控制器信息出入的匹配端口输入的位移和电流信号通过电平位移、比例变换、电流转换、滤波等后变成为0~5V的电压信号再进入片内A/D；输出的PWM信号经过信号复制功率放大方可驱动后级的功率放大器。
可通过TMS320的串口与PC机进行通讯，以在线实施控制参数的修改、运行状态的检测等。这里只需将TMS320的串口信号按RS232的规范进行电平转换和驱动。
3系统软件设计为了构建控制器软件框架，使程序易于编写、查错、测试和维护，便于修改、更新和扩充，采用了模块化设计，将整个软件划分为初始化模块（包括所有DSP的基本输入输出单元的初始设置、外扩单元的检测），控制参数管理模块（控制参数检查、初始化、修改），数据采集模块，PWM输出控制模块，数据处理模块（工程变换、滤波等），控制算法模块，通讯模块，主控模块其中，控制算法模块为数字PID控制器采用后向差分法，对模拟PID控制器的传递函数进行离散等效采样周期设为T，令s=基于TMS320F240的数字控制器硬件结构框图T，可得PID并联结构的相应差分方程：品，专为工业控制而设计，它提供了业界成本最低、涉及最广的数字化控制解决方案，在速度、精度、性能、扩展等方面具有诸多优势：50ns指令周期，片内A/D转换和PWM通道、32k片内Flash EEPROM244kW的寻址空间、串行通信接口、丰富的指令集等。A/D模块由2路10位A/D转换器组成，每8个模拟输入使用一路A/D转换器，2路A/D转换器可实现同步采样，采样间隔最小为6sPWM模块由2个全比较和2个简单比较单元组成，可以产生对称和不对称PWM波，3个定时器可为PWM提供时钟基准以及进行PWM基波周期和脉冲宽度控制等。所以，TMS320F240是电磁轴承数字控制的首选芯片为了能实施复杂的控制算法和大量的数据处理计划，DSP内部的RAM在很多应用场合是远Y分别为第K次的输入值'输出值。
在这种方法的调节器中，比例、微分和积分3个部分互相独立，有利于系统参数的整定，同时各系数对极点的灵敏度也相对比较弱，有利于系统的稳定由于2路A/D并行采集，每个自由度A/D采集运算、PWM输出的时间可控制在20Ms，当采用中断提前采集方式时，为下一自由度进行的A/D采集时间与当前的运算控制时间相重合，每个自由度所花费的时间还可缩短。故此，5个自由度每测控一次的时间为100Ms，即采样周期T=分买验数据和曲线（偏置电流为5A，PWM载频40kHz，工作电压为65 4调试和结论由于以上控制算法及系统软件的设计是在将电磁轴承系统作为一个完全解耦的系统的基础上完成的，所以可先调试1个自由度的数字控制，其余自由度使用模拟PID控制，调试成功后以此为基础，再调试其余4个自由度首先在TMS320F240的微处理器模，取掉DSP仿真器，工作方式开关选择微计算机模式（microcomputer），上电复位后，数字控制器正常工作，控制的效果和调试的最后结果一致数字控制用的转子重量为8.6kg，长度为420mm，直径为60mm；2个径向磁轴承的工作气隙为0. 27mm；使用的功率放大器PWM载频为20 V下面是部线圈电流I和PWM占空比Z的关系曲线某自由度的控制参数如下：米样周期Q1ms；比例系数2；积分时间常数Ti（=Kp/K；）=0.062s；微分时间常数Td（=Kd/Kp）=Q125s；微分中的惯性环节Td=0.25s电磁轴承的启动特性参数如下：启动时间Q51s；上升时间0.；振荡次数为2应用表明，采用双DSP设计的电磁轴承数字控制器，具有快速控制计算、高速数据采集和可靠的数字输出能力，可直接和位置检测单元、开关功放单元连接，电磁轴承的位置检测J一控制计算一输出控制的整个周期时间最快可达80s，完全适合电磁轴承的控制；在数据采集环节及PWM控制环节的协调配合下，采用数字PID策略形成了控制软件框架，实现转子的正常悬浮，并取得较好的动态特性和静态特性；用于上位机进行监控的串口，具有正常的数据交换能力。整个数字控制器由设计到实现，经过了调试和试验，实现了初步目的一一基本通用控制平台的建立，为下一步的控制策略研究开发和使用微机对本控制系统进行监测控制提供了方便的软硬件开发环境。
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1控制系统组成电磁轴承作为机电一体化的复杂系统，具有本质不稳定性，采用PD或PID控制则可实现稳定悬浮。PID的传递函数为加入的一个小的惯性环节。
其中，I环节用来消除静态误差基金项目：“九五”国家科技攻关计划（98-采用数字控制的电磁轴承一转子系统示意图数字控制部分（虚线框内）由工控芯片DSP及接口电路组成，完成信号采集、控制运算、PWM转换动态调试等功能，以实现对电磁轴承的各种策略的控制；功率放大器采用PWM信号控制的大功率开关功放；位移传感器是非接触式涡流传感器。
和常用的数字控制器结构相比，中有几点不同：①采用工业控制专用芯片TMS320F240作为控制核心，以提高数字控制器的速度和可靠性；②A/D数据采集和PWM数字输出均集成在DSP中，实现米集一计算一输出的最佳协调；③串口的设计，使得上位机可对整个过程进行监测和控制，包括转子的运行状态监测控制策略的选择、位置的修改相关参数的设定，另外，也可获取积累的信息，方便电磁轴承系统的建模、分析，发展为网上监控也很容易；④数字控制器直接提供PWM控制信号，可直接和开关功放单元连接，减少了中间环节，有利于提高整个控制系统的频响。
2控制器硬件设计电磁轴承数字控制器是一个五自由度输入/五自由度输出的测控器。对于每个自由度的输入输出考虑如下：①输入为4路，即2路位移信号（可用于差动或冗余处理），2路线圈电流信号；②输出为2路，即2路PWM信号（用于功放控制以驱动2个线圈）另外，考虑到控制速度、存储容量信息交换等，采用了双TMS320F240构建电磁轴承数字控制器，具体硬件结构框图见峨32接外扩1公共数据区1扩嫌存电贮电一路|蒙路上下电磁铁电流远不够的，需要对TMS320F240扩展以获得较大的存储空间；另外，使用双DSP处理器实现数字控制，无论是采用并行控制方式，还是主从式处理方式，DSP间都不可避免地要进行大量的数据交换及相互间的握手通信，为此，在DSP之间也设计一个公共数据区，以实现二者间的数据共享输入和输出接口是数字控制器信息出入的匹配端口输入的位移和电流信号通过电平位移、比例变换、电流转换、滤波等后变成为0~5V的电压信号再进入片内A/D；输出的PWM信号经过信号复制功率放大方可驱动后级的功率放大器。
可通过TMS320的串口与PC机进行通讯，以在线实施控制参数的修改、运行状态的检测等。这里只需将TMS320的串口信号按RS232的规范进行电平转换和驱动。
3系统软件设计为了构建控制器软件框架，使程序易于编写、查错、测试和维护，便于修改、更新和扩充，采用了模块化设计，将整个软件划分为初始化模块（包括所有DSP的基本输入输出单元的初始设置、外扩单元的检测），控制参数管理模块（控制参数检查、初始化、修改），数据采集模块，PWM输出控制模块，数据处理模块（工程变换、滤波等），控制算法模块，通讯模块，主控模块其中，控制算法模块为数字PID控制器采用后向差分法，对模拟PID控制器的传递函数进行离散等效采样周期设为T，令s=基于TMS320F240的数字控制器硬件结构框图T，可得PID并联结构的相应差分方程：品，专为工业控制而设计，它提供了业界成本最低、涉及最广的数字化控制解决方案，在速度、精度、性能、扩展等方面具有诸多优势：50ns指令周期，片内A/D转换和PWM通道、32k片内Flash EEPROM244kW的寻址空间、串行通信接口、丰富的指令集等。A/D模块由2路10位A/D转换器组成，每8个模拟输入使用一路A/D转换器，2路A/D转换器可实现同步采样，采样间隔最小为6sPWM模块由2个全比较和2个简单比较单元组成，可以产生对称和不对称PWM波，3个定时器可为PWM提供时钟基准以及进行PWM基波周期和脉冲宽度控制等。所以，TMS320F240是电磁轴承数字控制的首选芯片为了能实施复杂的控制算法和大量的数据处理计划，DSP内部的RAM在很多应用场合是远Y分别为第K次的输入值'输出值。
在这种方法的调节器中，比例、微分和积分3个部分互相独立，有利于系统参数的整定，同时各系数对极点的灵敏度也相对比较弱，有利于系统的稳定由于2路A/D并行采集，每个自由度A/D采集运算、PWM输出的时间可控制在20Ms，当采用中断提前采集方式时，为下一自由度进行的A/D采集时间与当前的运算控制时间相重合，每个自由度所花费的时间还可缩短。故此，5个自由度每测控一次的时间为100Ms，即采样周期T=分买验数据和曲线（偏置电流为5A，PWM载频40kHz，工作电压为65 4调试和结论由于以上控制算法及系统软件的设计是在将电磁轴承系统作为一个完全解耦的系统的基础上完成的，所以可先调试1个自由度的数字控制，其余自由度使用模拟PID控制，调试成功后以此为基础，再调试其余4个自由度首先在TMS320F240的微处理器模，取掉DSP仿真器，工作方式开关选择微计算机模式（microcomputer），上电复位后，数字控制器正常工作，控制的效果和调试的最后结果一致数字控制用的转子重量为8.6kg，长度为420mm，直径为60mm；2个径向磁轴承的工作气隙为0. 27mm；使用的功率放大器PWM载频为20 V下面是部线圈电流I和PWM占空比Z的关系曲线某自由度的控制参数如下：米样周期Q1ms；比例系数2；积分时间常数Ti（=Kp/K；）=0.062s；微分时间常数Td（=Kd/Kp）=Q125s；微分中的惯性环节Td=0.25s电磁轴承的启动特性参数如下：启动时间Q51s；上升时间0.；振荡次数为2应用表明，采用双DSP设计的电磁轴承数字控制器，具有快速控制计算、高速数据采集和可靠的数字输出能力，可直接和位置检测单元、开关功放单元连接，电磁轴承的位置检测J一控制计算一输出控制的整个周期时间最快可达80s，完全适合电磁轴承的控制；在数据采集环节及PWM控制环节的协调配合下，采用数字PID策略形成了控制软件框架，实现转子的正常悬浮，并取得较好的动态特性和静态特性；用于上位机进行监控的串口，具有正常的数据交换能力。整个数字控制器由设计到实现，经过了调试和试验，实现了初步目的一一基本通用控制平台的建立，为下一步的控制策略研究开发和使用微机对本控制系统进行监测控制提供了方便的软硬件开发环境。
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工控DSP在电磁轴承中的应用景敏卿刘祖军虞烈一种新的数字控制器，重点从控制器硬件、软件结构方面进行了讨论，并介绍了调试方法和试验结果。由于工业控制专用的DSP芯片集成了闪存、A/DPWM看门狗和许多通讯通道，因而新开发的数字控制器不仅结构简单，且其速度和可靠性也得到提高。使用简单的数字PID控制算法，可实现5kg转子的五自由度稳定起浮这种数字控制系统可作为开发和实施实时控制策略实现电磁轴承产品工程化的实用平台，也景敏卿副教授可以替代现有的模拟控制系统近年来电磁轴承的数字控制发展很快，在国外，已出现了高度集成系列化、规格化的数字控制器，所用的控制规律已发展到现代控制理论，如自适应控制非线性控制-分析方法等，而数字控制器大多数是基于数字信号处理器（digitalsignalprocessor，DSP），也有基于PC机的数子控制器在国内，电磁轴承的数字控制发展较慢，大多数仍然停留在将模拟PID数字化的实验室阶段，数字控制器设计采用了DSP技术，但是硬件结构比较复杂为了满足实用性新型涡轮膨胀机组工业样机数字控制的要求，笔者采用工控TMS320F240来设计、开发了硬件结构更为简单的数字控制器，并采用数字PID策略构建软件框架，实现转子的正常悬浮和运转，可望成为开发和应用实时控制策略的实用平台。
1控制系统组成电磁轴承作为机电一体化的复杂系统，具有本质不稳定性，采用PD或PID控制则可实现稳定悬浮。PID的传递函数为加入的一个小的惯性环节。
其中，I环节用来消除静态误差基金项目：“九五”国家科技攻关计划（98-采用数字控制的电磁轴承一转子系统示意图数字控制部分（虚线框内）由工控芯片DSP及接口电路组成，完成信号采集、控制运算、PWM转换动态调试等功能，以实现对电磁轴承的各种策略的控制；功率放大器采用PWM信号控制的大功率开关功放；位移传感器是非接触式涡流传感器。
和常用的数字控制器结构相比，中有几点不同：①采用工业控制专用芯片TMS320F240作为控制核心，以提高数字控制器的速度和可靠性；②A/D数据采集和PWM数字输出均集成在DSP中，实现米集一计算一输出的最佳协调；③串口的设计，使得上位机可对整个过程进行监测和控制，包括转子的运行状态监测控制策略的选择、位置的修改相关参数的设定，另外，也可获取积累的信息，方便电磁轴承系统的建模、分析，发展为网上监控也很容易；④数字控制器直接提供PWM控制信号，可直接和开关功放单元连接，减少了中间环节，有利于提高整个控制系统的频响。
2控制器硬件设计电磁轴承数字控制器是一个五自由度输入/五自由度输出的测控器。对于每个自由度的输入输出考虑如下：①输入为4路，即2路位移信号（可用于差动或冗余处理），2路线圈电流信号；②输出为2路，即2路PWM信号（用于功放控制以驱动2个线圈）另外，考虑到控制速度、存储容量信息交换等，采用了双TMS320F240构建电磁轴承数字控制器，具体硬件结构框图见峨32接外扩1公共数据区1扩嫌存电贮电一路|蒙路上下电磁铁电流远不够的，需要对TMS320F240扩展以获得较大的存储空间；另外，使用双DSP处理器实现数字控制，无论是采用并行控制方式，还是主从式处理方式，DSP间都不可避免地要进行大量的数据交换及相互间的握手通信，为此，在DSP之间也设计一个公共数据区，以实现二者间的数据共享输入和输出接口是数字控制器信息出入的匹配端口输入的位移和电流信号通过电平位移、比例变换、电流转换、滤波等后变成为0~5V的电压信号再进入片内A/D；输出的PWM信号经过信号复制功率放大方可驱动后级的功率放大器。
可通过TMS320的串口与PC机进行通讯，以在线实施控制参数的修改、运行状态的检测等。这里只需将TMS320的串口信号按RS232的规范进行电平转换和驱动。
3系统软件设计为了构建控制器软件框架，使程序易于编写、查错、测试和维护，便于修改、更新和扩充，采用了模块化设计，将整个软件划分为初始化模块（包括所有DSP的基本输入输出单元的初始设置、外扩单元的检测），控制参数管理模块（控制参数检查、初始化、修改），数据采集模块，PWM输出控制模块，数据处理模块（工程变换、滤波等），控制算法模块，通讯模块，主控模块其中，控制算法模块为数字PID控制器采用后向差分法，对模拟PID控制器的传递函数进行离散等效采样周期设为T，令s=基于TMS320F240的数字控制器硬件结构框图T，可得PID并联结构的相应差分方程：品，专为工业控制而设计，它提供了业界成本最低、涉及最广的数字化控制解决方案，在速度、精度、性能、扩展等方面具有诸多优势：50ns指令周期，片内A/D转换和PWM通道、32k片内Flash EEPROM244kW的寻址空间、串行通信接口、丰富的指令集等。A/D模块由2路10位A/D转换器组成，每8个模拟输入使用一路A/D转换器，2路A/D转换器可实现同步采样，采样间隔最小为6sPWM模块由2个全比较和2个简单比较单元组成，可以产生对称和不对称PWM波，3个定时器可为PWM提供时钟基准以及进行PWM基波周期和脉冲宽度控制等。所以，TMS320F240是电磁轴承数字控制的首选芯片为了能实施复杂的控制算法和大量的数据处理计划，DSP内部的RAM在很多应用场合是远Y分别为第K次的输入值'输出值。
在这种方法的调节器中，比例、微分和积分3个部分互相独立，有利于系统参数的整定，同时各系数对极点的灵敏度也相对比较弱，有利于系统的稳定由于2路A/D并行采集，每个自由度A/D采集运算、PWM输出的时间可控制在20Ms，当采用中断提前采集方式时，为下一自由度进行的A/D采集时间与当前的运算控制时间相重合，每个自由度所花费的时间还可缩短。故此，5个自由度每测控一次的时间为100Ms，即采样周期T=分买验数据和曲线（偏置电流为5A，PWM载频40kHz，工作电压为65 4调试和结论由于以上控制算法及系统软件的设计是在将电磁轴承系统作为一个完全解耦的系统的基础上完成的，所以可先调试1个自由度的数字控制，其余自由度使用模拟PID控制，调试成功后以此为基础，再调试其余4个自由度首先在TMS320F240的微处理器模，取掉DSP仿真器，工作方式开关选择微计算机模式（microcomputer），上电复位后，数字控制器正常工作，控制的效果和调试的最后结果一致数字控制用的转子重量为8.6kg，长度为420mm，直径为60mm；2个径向磁轴承的工作气隙为0. 27mm；使用的功率放大器PWM载频为20 V下面是部线圈电流I和PWM占空比Z的关系曲线某自由度的控制参数如下：米样周期Q1ms；比例系数2；积分时间常数Ti（=Kp/K；）=0.062s；微分时间常数Td（=Kd/Kp）=Q125s；微分中的惯性环节Td=0.25s电磁轴承的启动特性参数如下：启动时间Q51s；上升时间0.；振荡次数为2应用表明，采用双DSP设计的电磁轴承数字控制器，具有快速控制计算、高速数据采集和可靠的数字输出能力，可直接和位置检测单元、开关功放单元连接，电磁轴承的位置检测J一控制计算一输出控制的整个周期时间最快可达80s，完全适合电磁轴承的控制；在数据采集环节及PWM控制环节的协调配合下，采用数字PID策略形成了控制软件框架，实现转子的正常悬浮，并取得较好的动态特性和静态特性；用于上位机进行监控的串口，具有正常的数据交换能力。整个数字控制器由设计到实现，经过了调试和试验，实现了初步目的一一基本通用控制平台的建立，为下一步的控制策略研究开发和使用微机对本控制系统进行监测控制提供了方便的软硬件开发环境。
来源：网络
1控制系统组成电磁轴承作为机电一体化的复杂系统，具有本质不稳定性，采用PD或PID控制则可实现稳定悬浮。PID的传递函数为加入的一个小的惯性环节。
其中，I环节用来消除静态误差基金项目：“九五”国家科技攻关计划（98-采用数字控制的电磁轴承一转子系统示意图数字控制部分（虚线框内）由工控芯片DSP及接口电路组成，完成信号采集、控制运算、PWM转换动态调试等功能，以实现对电磁轴承的各种策略的控制；功率放大器采用PWM信号控制的大功率开关功放；位移传感器是非接触式涡流传感器。
和常用的数字控制器结构相比，中有几点不同：①采用工业控制专用芯片TMS320F240作为控制核心，以提高数字控制器的速度和可靠性；②A/D数据采集和PWM数字输出均集成在DSP中，实现米集一计算一输出的最佳协调；③串口的设计，使得上位机可对整个过程进行监测和控制，包括转子的运行状态监测控制策略的选择、位置的修改相关参数的设定，另外，也可获取积累的信息，方便电磁轴承系统的建模、分析，发展为网上监控也很容易；④数字控制器直接提供PWM控制信号，可直接和开关功放单元连接，减少了中间环节，有利于提高整个控制系统的频响。
2控制器硬件设计电磁轴承数字控制器是一个五自由度输入/五自由度输出的测控器。对于每个自由度的输入输出考虑如下：①输入为4路，即2路位移信号（可用于差动或冗余处理），2路线圈电流信号；②输出为2路，即2路PWM信号（用于功放控制以驱动2个线圈）另外，考虑到控制速度、存储容量信息交换等，采用了双TMS320F240构建电磁轴承数字控制器，具体硬件结构框图见峨32接外扩1公共数据区1扩嫌存电贮电一路|蒙路上下电磁铁电流远不够的，需要对TMS320F240扩展以获得较大的存储空间；另外，使用双DSP处理器实现数字控制，无论是采用并行控制方式，还是主从式处理方式，DSP间都不可避免地要进行大量的数据交换及相互间的握手通信，为此，在DSP之间也设计一个公共数据区，以实现二者间的数据共享输入和输出接口是数字控制器信息出入的匹配端口输入的位移和电流信号通过电平位移、比例变换、电流转换、滤波等后变成为0~5V的电压信号再进入片内A/D；输出的PWM信号经过信号复制功率放大方可驱动后级的功率放大器。
可通过TMS320的串口与PC机进行通讯，以在线实施控制参数的修改、运行状态的检测等。这里只需将TMS320的串口信号按RS232的规范进行电平转换和驱动。
3系统软件设计为了构建控制器软件框架，使程序易于编写、查错、测试和维护，便于修改、更新和扩充，采用了模块化设计，将整个软件划分为初始化模块（包括所有DSP的基本输入输出单元的初始设置、外扩单元的检测），控制参数管理模块（控制参数检查、初始化、修改），数据采集模块，PWM输出控制模块，数据处理模块（工程变换、滤波等），控制算法模块，通讯模块，主控模块其中，控制算法模块为数字PID控制器采用后向差分法，对模拟PID控制器的传递函数进行离散等效采样周期设为T，令s=基于TMS320F240的数字控制器硬件结构框图T，可得PID并联结构的相应差分方程：品，专为工业控制而设计，它提供了业界成本最低、涉及最广的数字化控制解决方案，在速度、精度、性能、扩展等方面具有诸多优势：50ns指令周期，片内A/D转换和PWM通道、32k片内Flash EEPROM244kW的寻址空间、串行通信接口、丰富的指令集等。A/D模块由2路10位A/D转换器组成，每8个模拟输入使用一路A/D转换器，2路A/D转换器可实现同步采样，采样间隔最小为6sPWM模块由2个全比较和2个简单比较单元组成，可以产生对称和不对称PWM波，3个定时器可为PWM提供时钟基准以及进行PWM基波周期和脉冲宽度控制等。所以，TMS320F240是电磁轴承数字控制的首选芯片为了能实施复杂的控制算法和大量的数据处理计划，DSP内部的RAM在很多应用场合是远Y分别为第K次的输入值'输出值。
在这种方法的调节器中，比例、微分和积分3个部分互相独立，有利于系统参数的整定，同时各系数对极点的灵敏度也相对比较弱，有利于系统的稳定由于2路A/D并行采集，每个自由度A/D采集运算、PWM输出的时间可控制在20Ms，当采用中断提前采集方式时，为下一自由度进行的A/D采集时间与当前的运算控制时间相重合，每个自由度所花费的时间还可缩短。故此，5个自由度每测控一次的时间为100Ms，即采样周期T=分买验数据和曲线（偏置电流为5A，PWM载频40kHz，工作电压为65 4调试和结论由于以上控制算法及系统软件的设计是在将电磁轴承系统作为一个完全解耦的系统的基础上完成的，所以可先调试1个自由度的数字控制，其余自由度使用模拟PID控制，调试成功后以此为基础，再调试其余4个自由度首先在TMS320F240的微处理器模，取掉DSP仿真器，工作方式开关选择微计算机模式（microcomputer），上电复位后，数字控制器正常工作，控制的效果和调试的最后结果一致数字控制用的转子重量为8.6kg，长度为420mm，直径为60mm；2个径向磁轴承的工作气隙为0. 27mm；使用的功率放大器PWM载频为20 V下面是部线圈电流I和PWM占空比Z的关系曲线某自由度的控制参数如下：米样周期Q1ms；比例系数2；积分时间常数Ti（=Kp/K；）=0.062s；微分时间常数Td（=Kd/Kp）=Q125s；微分中的惯性环节Td=0.25s电磁轴承的启动特性参数如下：启动时间Q51s；上升时间0.；振荡次数为2应用表明，采用双DSP设计的电磁轴承数字控制器，具有快速控制计算、高速数据采集和可靠的数字输出能力，可直接和位置检测单元、开关功放单元连接，电磁轴承的位置检测J一控制计算一输出控制的整个周期时间最快可达80s，完全适合电磁轴承的控制；在数据采集环节及PWM控制环节的协调配合下，采用数字PID策略形成了控制软件框架，实现转子的正常悬浮，并取得较好的动态特性和静态特性；用于上位机进行监控的串口，具有正常的数据交换能力。整个数字控制器由设计到实现，经过了调试和试验，实现了初步目的一一基本通用控制平台的建立，为下一步的控制策略研究开发和使用微机对本控制系统进行监测控制提供了方便的软硬件开发环境。
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