CN111706608A - 一种磁悬浮轴承人机交互方法 - Google Patents

一种磁悬浮轴承人机交互方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种磁悬浮轴承人机交互方法，该方法包括以下步骤：S1、将磁悬浮轴承的控制参数替换为固定的磁悬浮控制器的控制器代码；S2、实时对磁悬浮运行过程中的控制参数更新状态进行周期查询或通过中断响应函数处理参数更新中断；S3、根据最新的磁悬浮控制参数更新控制器参数；本方案中的上述人机交互方法其可以极大减少系统调试的初期工作量，同时可实现实时不停机的情况下的在线控制参数的调整，磁悬浮轴承的参数状态的实时存储和输出，以及可进行远程调试、远程管理以及集群管理等功能，既能大大缩短设备研制和初装阶段的时间周期，又能实现设备免停机维护，并且具有丰富的接口可进行多种人机交互拓展。

Description

一种磁悬浮轴承人机交互方法
技术领域
本发明涉及非接触轴承技术领域，具体涉及一种磁悬浮轴承人机交互方法。
背景技术
磁悬浮轴承(简称“磁轴承”)的控制器需要针对不同设备的不同控制对象进行参数的适配和优化调整，由于不同种类设备之间存在较大的差异，同类批量中的设备之间也存在台差，并且在同一台设备的不同运行环境不同工况下也会有不同，为了能够让磁悬浮轴承更好地发挥作用，其控制器参数需要针对不同设备进行对应的参数调整和优化。目前常用的技术手段为基于DSP或FPGA控制的磁轴承，其控制器参数的调整，都需要通过一台外部计算机和专用的嵌入式开发工具，在重新编译代码后，与DSP或FPGA进行通讯烧写代码修改程序，实现参数的调整，该种手段方式对磁轴承技术大规模推广应用非常不利，为目前急需要突破和解决的一个问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种磁悬浮轴承人机交互方法，该磁悬浮人机交互方法其可实现实时不停机的情况下对磁悬浮轴承参数进行调整，同时还可以极大减少调整初期的工作量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种磁悬浮轴承人机交互方法，所述人机交互方法包括以下步骤：S1、将磁悬浮轴承的控制参数替换为固定的磁悬浮控制器的控制器代码；S2、实时对磁悬浮运行过程中的控制参数更新状态进行周期查询或通过中断响应函数处理参数更新中断；S3、根据最新的磁悬浮控制参数更新控制器参数。
进一步，在上述步骤S1至S3中，磁悬浮轴承的控制参数的获得与更新为通过外部的控制表来实现，其中控制表为将磁悬浮轴承需要更新的参数写入到参数表文件。进一步，所述人机交互方法还包括步骤S4，在磁悬浮轴承运行过程中，将磁悬浮轴承运行状态参数信息进行实时显示。
进一步，所述人机交互方法还包括步骤S5，将上述步骤S4中的磁悬浮运行状态参数进行数据封装并传输至终端。
进一步，所述人机交互方法还包括步骤S6，将上述步骤S4中的磁悬浮运行状态数据数据存储至外部存储器中，并通过外部协同的数字系统对该数据进行实时在线分析。
进一步，磁悬浮轴承其在运行过程中，在需要对其控制参数进行调整时，通过修改控制表中的对应参数数值，并通知控制器用参数文件中的控制参数替换原有参数。
进一步，基于网络传输协议，将磁悬浮轴承的各个参数变量映射成可直接发布在网络中的网络变量，以便于易于实现多台设备间的协同管理，进行大规模的数据传输和数据存储。
进一步，磁悬浮轴承的控制参数为具有操作人员可直观理解的具有明确物理含义的参数数据，上述具有物理含义的参数数据经转换为传递函数参数并进行离散化后转换为控制器运算过程中可以直接使用的参数数值。
进一步，磁悬浮轴承的控制参数的输入为通过通讯协议直接将最终的参数发送至磁悬浮控制器中，磁悬浮控制器接收到参数后，更新其中的参数表中对应的参数，完成更新。
进一步，磁悬浮控制器根据输入的各类别的参数计算并生成对应的控制器传递函数，对连续域的传递函数进行离散化转换，转换成磁悬浮控制器可直接使用的参数，通过网络协议将最终生成的参数下发到磁悬浮控制器中并更新到参数表中。
与传统的技术方案相比，本方案具有的有益技术效果为：本方案中的上述人机交互方法其可以极大减少系统调试的初期工作量，同时可实现实时不停机的情况下的在线控制参数的调整，磁悬浮轴承的参数状态的实时存储和输出，以及可进行远程调试、远程管理以及集群管理等功能，既能大大缩短设备研制和初装阶段的时间周期，又能实现设备免停机维护，并且具有丰富的接口可进行多种人机交互拓展。
附图说明
图1为本发明中的磁悬浮轴承人机交互方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
本实施例为针对传统的基于DSP或FPGA控制的磁轴承，其控制器参数的调整，为通过一台外部计算机和专用的嵌入式开发工具在重新编译代码后与DSP或FPGA进行通讯烧写代码修改参数的调整，存在对磁轴承技术大规模推广应用非常不利的问题，进而提出的一种磁悬浮轴承人机交互方法，该磁悬浮人机交互方法其可实现实时不停机的情况下对磁悬浮轴承参数进行调整，同时还可以极大减少调整初期的工作量。
参见附图1所示，本实施例提供一种磁悬浮轴承人机交互方法，该人机交互方法为将原将需要在控制代码中进行程度修改才能实现的磁悬浮轴承控制参数，更新替换为固定的磁悬浮控制器的控制器代码，而控制参数的获得与更新为通过外部表来实现，控制表为将磁悬浮轴承需要更新的参数写入到参数表文件中，通过实施控制程序在运行过程中对参数更新状态进行周期查询，或通过中断响应函数处理参数更新中断，随后根据最新控制表的内容对控制器参数进行更新，实现实时在线调整功能。
在本方案中，磁悬浮轴承的控制参数其为用户可直观理解的具有物理含义的参数，如参数可以为：PID控制器中各环节的转折频率、增益；滤波器的转折频率，阻尼比；陷波器的带宽、深度等具有明确物理含义且直观的参数。在实际的调试过程中，当用户需要对磁悬浮控制器进行调整时，可根据调试现象，快速直观地设计出需要调整的关键物理参数，并将其输入到磁悬浮控制器的人机交互界面中，人机交互界面会根据输入的这些有明确物理含义的参数，进一步将其转换成传递函数参数，并进一步进行离散化，转换成控制器可以直接使用的参数，进行控制。可以知晓的是，本方案中的人机交互界面其集成了该部分控制器设计功能、参数离散化转换功能，和参数下载功能。该界面可根据用户输入的直观的物理参数，自动进行控制器设计、设计出控制器传递函数、进行数字控制器参数的离散化转换。这样，控制器的设计无需再依赖于专业控制器设计软件，即可自动生成离散化的控制参数，并可在线实时将参数更新到硬件设备中，这就大大降低的控制器设计的难度，大大缩减了控制器设计中每次迭代设计所需的时间，提高了调试效率，有利于设计出性能更为优异的控制器，提高整个系统的性能。
本方案中的需要更新的参数写入到参数表中时，由于磁悬浮控制器中的人机交互界面其自带控制器设计功能，并自动控制参数转换功能，参数可由用户输入的具有物理含义的数值，直接设计出控制器传递函数，并转换为数字控制器可直接使用的参数，参数写入的过程中，设备无需断电、甚至无需停机、可在设备运行的过程中在线实时进行参数更新，可更为快速、直观的比较出前后参数的控制效果差异，快速的对参数的优劣做出准确评价。具体的写入方式：人机界面程序与控制器硬件之间通过网络连接，通过专门的通讯协议，直接将最终的参数发送给控制器，控制器接收到参数后，更新其中的参数表中对应的参数，完成更新。此外，该方案同时可实现基于网络的远程参数更新和远程调试。实时运行监测数据可通过网络回传给本地，本地调试人员在人机交互界面上可实时观察到运行数据，包括实时运行波形等，根据运行情况，可设计更为合理的物理参数，输入人机交互界面中，通过网络，远程下载到运行设备中，实现远程实时在线参数更新，进一步通过实时回传回来的运行监测数据，观察新控制器参数的运行效果，从而实现远程的实时快速调试。
本方案中的参数表其在对参数进行修改替换时，调试人员根据运行情况，对有实际物理含义的参数(如：PID控制器中各环节的转折频率、增益；滤波器的转折频率，阻尼比；陷波器的带宽、深度)进行调整，并将物理参数输入人机界面中；人机界面根据输入的各种类别的参数，进行相应的控制器设计，计算并生成控制器传递函数；对连续域的传递函数进行离散化转换，转换成数字控制器可直接使用的参数；通过网络协议，将最终生成的参数下发到控制器硬件设备中，硬件设备中的通讯模块负责接收该数据参数，并将参数更新到参数表中；数字控制器在每个控制循环周期内，均从参数表中获取到其运行中所需要各个离散化的参数，进行控制。整个参数更新过程全部自动化、无需设计控制器、无需参数转换、设备无需停机断电，可实时在线完成。
在磁悬浮轴承的控制器初始化时，外部系统在固态存储器上已经备有原始的参数表，参数表上对应了未更新时或前次更新后的磁悬浮轴承的控制参数。磁悬浮轴承其在运行过程中，若需要对其参数进行调整时，只需要通过外部系统修改参数表文件中对应需要调整的参数的数值，并通知控制器用修改后的参数文件中的控制参数替换原有参数表中对应的参数。控制器参数更新完成后，相当于完成了传统的需要停机重新编写控制代码，编译程序，下载可执行文件，重新加载运行程序等复杂的工作流程。
此外，本方案中的上述磁悬浮轴承人机交互方法其还可以在实时代码运行过程中，将磁悬浮轴承的状态参数(如包括磁轴承位移、线圈电流、转速、关键节点温度等信息)写入高速缓存，可通过前端面板读取并进行数据封装，通过传输协议发送到远端，或通过外部协同的数字系统进行实时在线故障分析并就近写入外部固态存储器中，可以理解的是，存储的数据信息其可有助于对磁悬浮轴承控制系统进行实时的故障诊断，并且当系统发生故障的时候，操作人员可从存储的固态存储器中调出故障期间的磁悬浮轴承系统运行状态参数，据此进行设备失效故障分析，由此可以扩展为磁轴承实时在线故障诊断系统。
另外为了便于多台设备的管理以及数据传输及存储，本方案中的磁悬浮轴承其控制参数可以基于网络协议，对应的将各个参数变量映射成可直接发布在网络中的网络变量，实现多台设备的协同管理。
综上所述，本方案中的上述人机交互方法其可以极大减少系统调试的初期工作量，同时可实现实时不停机的情况下的在线控制参数的调整，磁悬浮轴承的参数状态的实时存储和输出，以及可进行远程调试、远程管理以及集群管理等功能，既能大大缩短设备研制和初装阶段的时间周期，又能实现设备免停机维护，并且具有丰富的接口可进行多种人机交互拓展。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种磁悬浮轴承人机交互方法，其特征在于，所述人机交互方法包括以下步骤：
S1、将磁悬浮轴承的控制参数替换为固定的磁悬浮控制器的控制器代码；
S2、实时对磁悬浮运行过程中的控制参数更新状态进行周期查询或通过中断响应函数处理参数更新中断；
S3、根据最新的磁悬浮控制参数更新控制器参数。
2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴承人机交互方法，其特征在于：在上述步骤S1至S3中，磁悬浮轴承的控制参数的获得与更新为通过外部的控制表来实现，其中控制表为将磁悬浮轴承需要更新的参数写入到参数表文件。
3.根据权利要求2所述的一种磁悬浮轴承人机交互方法，其特征在于：所述人机交互方法还包括步骤S4，在磁悬浮轴承运行过程中，将磁悬浮轴承运行状态参数信息进行实时显示。
4.根据权利要求3所述的一种磁悬浮轴承人机交互方法，其特征在于：所述人机交互方法还包括步骤S5，将上述步骤S4中的磁悬浮运行状态参数进行数据封装并传输至终端。
5.根据权利要求4所述的一种磁悬浮轴承人机交互方法，其特征在于：所述人机交互方法还包括步骤S6，将上述步骤S4中的磁悬浮运行状态参数数据存储至外部存储器中，并通过外部协同的数字系统对该数据进行实时在线分析。
6.根据权利要求2所述的一种磁悬浮轴承人机交互方法，其特征在于：磁悬浮轴承其在运行过程中，在需要对其控制参数进行调整时，通过修改控制表中的对应参数数值，并通知控制器用参数文件中的控制参数替换原有参数。
7.根据权利要求1至6任一所述的一种磁悬浮轴承人机交互方法，其特征在于：基于网络传输协议，将磁悬浮轴承的各个参数变量映射成可直接发布在网络中的网络变量，以便于易于实现多台设备间的协同管理，进行大规模的数据传输和数据存储。
8.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴承人机交互方法，其特征在于：磁悬浮轴承的控制参数为操作人员可直观理解的具有明确物理含义的参数数据，上述具有物理含义的参数数据经转换为传递函数参数并进行离散化后转换为控制器可以直接使用的参数数值。
9.根据权利要求8所述的一种磁悬浮轴承人机交互方法，其特征在于：磁悬浮轴承的控制参数的输入为通过通讯协议直接将最终的参数发送至磁悬浮控制器中，磁悬浮控制器接收到参数后，更新其中的参数表中对应的参数，完成更新。
10.根据权利要求6所述的一种磁悬浮轴承人机交互方法，其特征在于：磁悬浮控制器根据输入的各类别的参数计算并生成对应的控制器传递函数，对连续域的传递函数进行离散化转换，转换成磁悬浮控制器可直接使用的参数，通过网络协议将最终生成的参数下发到磁悬浮控制器中并更新到参数表中。
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