CN110925305A - 一种双核控制的磁悬浮系统 - Google Patents

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Abstract

一种双核控制的磁悬浮系统，包括传感器采集模块、中央处理器模块、电源模块、通信模块、硬件故障诊断模块、GPIO模块和人机交互界面。中央处理器模块包括两块DSP内核和FPGA内核，这两块DSP内核同步进行运算，通过硬件故障诊断模块决定主DSP进行控制，主DSP实现了采集模块的数据处理运算，与上位机进行通信的功能。FPGA内核实现了将DSP输出信号进行运算处理，该系统可实现了磁悬浮系统的容错机制，提高了系统的可靠性和处理数据的效率。

Description

一种双核控制的磁悬浮系统
技术领域
本发明涉及一种双核控制的磁悬浮系统。
背景技术
磁悬浮轴承是一种利用磁力将转子悬浮在空中，使得转子与定子之间没有机械相接触的新型轴承。相较于传统机械轴承，磁悬浮轴承具有无摩擦、无磨损、无需润滑的特点，转子可高速运转，转速只受转子材料强度的限制，因此功耗和噪声比较小，特别适用于真空、超净、高速等特殊环境。在交通、航空航天等高科技领域有着广泛的应用。
控制系统主要实现方式为模拟控制和数字控制。随着先进控制理论的应用，数字控制器在磁轴承控制方面发展迅速，大都数字控制器采用了DSP。磁轴承大多应用在高速旋转机械，控制系统一旦失效，将会带来严重的后果，因此对控制系统的可靠性的要求日益提高，要求控制系统具有一定的容错功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种双核控制的磁悬浮系统，提供双DSP容错控制器，采用硬件上冗余设计，实现了故障诊断和系统重构，较大程度地提高了控制系统的可靠性以及稳定性，系统还提供外部报警接口，给磁轴承在工业应用中提供了性能保障。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种双核控制的磁悬浮系统，包括磁轴承(1)、电源模块(2)、传感器采集模块(3)、硬件故障诊断模块(4)、中央处理器模块(5)、通信模块(6)、人机交互(7)；
所述磁轴承是整个系统的被控对象，分为径向轴承和轴向轴承；
所述电源模块，用于外部直流大电压进行DC/DC转换各个模块(传感器采集模块、中央处理器模块、通信模块)所需要的电压；
所述传感器采集模块，用于采集被控的磁轴承悬浮的位置，并将位置量转换成可测量的电压值，以便接入中央处理器进行处理计算；
所述硬件故障诊断模块，用于检测判断两个DSP是否出现了硬件故障，并隔离出现故障的DSP，判断出主DSP；
所述中央处理器模块，用于计算处理传感器采集的数据，执行控制算法；
所述通信模块，用于将采集处理运算后的数据通过特定的协议发送给人机交互界面进行显示；
所述人机交互模块与所述通信模块连接，用于接收当前测量的数据并在界面上显示，以及用户输入的外部控制信号，并通过通信模块传输给中央处理器模块处理，实时进行控制。
所述的双核控制的磁悬浮系统，其中，所述电源模块进一步包括：EMC 滤波模块、三路DC\DC模块。EMC滤波模块主要用于抑制和消除环境中给电路板带来的电磁干扰。DC\DC模块是降压模块，为各个模块提供电源。
所述的双核控制的磁悬浮系统，其中，所述传感器采集模块中传感器为位置传感器，位置传感器采用电涡流式传感器。
所述双核磁悬浮控制系统，其中，所述中央处理器模块进一步包括：内核DSP1芯片、内核DSP2芯片以及FPGA芯片，内核DSP1芯片和内核DSP2 芯片通过硬件诊断模块检测每个DSP的CLKOUT的输出信号是否有固定的时钟波形，以此来判别DSP硬件故障。时钟信号经由CPLD实现的分频器后，把信号传输到单稳态触发器，当时钟信号不正常时，触发器产生跳变，故障诊断模块隔离出错的DSP，并输出报警信号；如果两块DSP芯片都没有报错，则系统采用默认DSP1位主DSP；如果两个DSP芯片都报错，系统报错并提供系统产生错误的接口信号，让系统在最短的时间内启动保护轴承措施(对于高速运转的磁轴承便是迅速停止，甚至是让其快速的降速)，以确保磁悬浮轴承系统安全可靠地运行。
附图说明
图1为本发明实施例的双核磁悬浮控制系统的结构原理图
图2为本发明实施例的双核控制的原理图
具体实施方式
1.双核磁悬浮控制系统硬件模块包括：磁轴承、电源模块、传感器采集模块、硬件故障诊断模块、中央处理器模块、通信模块、人机交互；
2.所述磁轴承装置上的位置传感器与传感器采集模块相连接，采集模块将位置信号转换成可测量的电压信号，并将该信号传输到芯片DSP进行计算处理，芯片DSP根据采集的信号判断磁轴承的实时位置，通过控制算法处理将信号传输给芯片FPGA，芯片FPGA输出控制信号控制电流大小，改变磁力大小，进而使得磁轴承处在所期望的位置。
3.所述双核磁悬浮控制系统中双核控制，采用双DSP冗余控制。双DSP 通过硬件故障诊断模块判断是否出现了硬件故障。硬件诊断模块检测每个DSP的CLKOUT的输出信号是否有固定的时钟波形，以此来判别DSP硬件故障。时钟信号经由CPLD实现的分频器后，把信号传输到单稳态触发器，当时钟信号不正常时，触发器产生跳变，故障诊断模块隔离出错的DSP，并输出报警信号；如果两块DSP芯片都没有报错，则系统采用默认DSP1位主DSP；如果两个DSP芯片都报错，系统报错并提供系统产生错误的接口信号，让系统在最短的时间内启动保护轴承措施(对于高速运转的磁轴承便是迅速停止，甚至是让其快速的降速)，以确保磁悬浮轴承系统安全可靠地运行。
4.所述通信模块，采用CAN总线进行传输控制参数、报警信息、当前磁轴承位置信息以及安全保护操作，并且将上述信息上传到人机交互界面，方便查看。

Claims (4)

1.一种双核控制的磁悬浮系统，其特征是：本发明的系统结构包括：
磁轴承(1)、电源模块(2)、传感器采集模块(3)、硬件故障诊断模块(4)、中央处理器模块(5)、通信模块(6)、人机交互(7)；
所述磁轴承是整个系统的被控对象，分为径向轴承和轴向轴承；
所述电源模块，用于外部直流大电压进行DC/DC转换各个模块(传感器采集模块、中央处理器模块、通信模块)所需要的电压；
所述传感器采集模块，用于采集被控的磁轴承悬浮的位置，并将位置量转换成可测量的电压值，以便接入中央处理器进行处理计算；
所述硬件故障诊断模块，用于检测判断两个DSP是否出现了硬件故障，并隔离出现故障的DSP，判断出主DSP；
所述中央处理器模块，用于计算处理传感器采集的数据，执行控制算法；
所述通信模块，用于将采集处理运算后的数据通过特定的协议发送给人机交互界面进行显示；
所述人机交互模块与所述通信模块连接，用于接收当前测量的数据并在界面上显示，以及用户输入的外部控制信号，并通过通信模块传输给中央处理器模块处理，实时进行控制。
2.根据权利要求1所述的双核控制的磁悬浮系统，其中，所述电源模块进一步包括：EMC滤波模块、三路DC\DC模块。EMC滤波模块主要用于抑制和消除环境中给电路板带来的电磁干扰。DC\DC模块是降压模块，为各个模块提供电源。
3.根据权利要求1所述的双核控制的磁悬浮系统，其中，所述传感器采集模块中传感器为位置传感器，位置传感器采用电涡流式传感器。
4.根据权利要求1所述的双核控制的磁悬浮系统，其中，所述中央处理器模块进一步包括：内核DSP1芯片、内核DSP2芯片以及FPGA芯片，内核DSP1芯片和内核DSP2芯片通过硬件诊断模块检测每个DSP的CLKOUT的输出信号是否有固定的时钟波形，以此来判别DSP硬件故障。时钟信号经由CPLD实现的分频器后，把信号传输到单稳态触发器，当时钟信号不正常时，触发器产生跳变，故障诊断模块隔离出错的DSP，并输出报警信号；如果两块DSP芯片都没有报错，则系统采用默认DSP1位主DSP；如果两个DSP芯片都报错，系统报错并提供系统产生错误的接口信号，让系统在最短的时间内启动保护轴承措施(对于高速运转的磁轴承便是迅速停止，甚至是让其快速的降速)，以确保磁悬浮轴承系统安全可靠地运行。
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