[發明專利]一種磁懸浮控制系統及控制方法

無效

• 申請號: 201010227986.8
• 申請日: 2010-07-07
• 公開（公告）號: CN101895240A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 曹廣忠;邱洪;李寒逸;黃蘇丹
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H02N15/00
• 分類號: H02N15/00
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所 44268
• 代理人: 劉文求

技術領域

本發明涉及磁懸浮領域，尤其是涉及一種磁懸浮控制系統及控制方法。

背景技術

目前的懸浮技術主要包括電磁懸浮、光懸浮、聲懸浮、氣流懸浮、靜電懸浮、粒子束懸浮等，其中電磁懸浮技術比較成熟。

電磁懸浮技術(electromagnetic?levitation)簡稱EML技術。它的主要原理是利用高頻電磁場在金屬表面產生的渦流來實現對金屬球的懸浮。將一個金屬樣品放置在通有高頻電流的線圈上時，高頻電磁場會在金屬材料表面產生一高頻渦流，這一高頻渦流與外磁場相互作用，使金屬樣品受到一個洛淪茲力的作用。在合適的空間配制下，可使洛淪茲力的方向與重力方向相反，通過改變高頻源的功率使電磁力與重力相等，即可實現電磁懸浮。

隨著磁懸浮技術的發展，出現了各種各樣的磁懸浮控制平臺。在控制器方面，在早期的磁懸浮控制系統大多采用了模擬式控制方案，而隨著人們對實時信號處理要求的不斷提高和DSP技術的不斷完善，當今的磁懸浮控制系統都逐漸地轉向了數字控制系統，因為數字式控制具有控制精度高、動態性能優良的特點，既可以保證計算和控制的實時性，又能充分發揮數字控制的諸多優點。

但是，現有技術的磁懸浮數字控制系統，電路復雜，制作成本高，并且現有技術的磁懸浮數字控制系統在位置檢測方面，其位置傳感器通常利用渦流、電容、電感或者光電傳感器來實現非接觸位移檢測的目的，但采用上述傳感器不但成本高，而且容易受電磁信號的干擾，測量不容易實現。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種基于數字信號處理的數字式控制器、基于新型一維PSD傳感器作為位置檢測單元的磁懸浮控制系統及控制方法，其電路結構簡單，制作成本低。

本發明解決技術問題所采用的技術方案如下：

一種磁懸浮控制系統，其中，包括電流驅動及檢測模塊、位置檢測及信號處理模塊、數字信號處理模塊，以及人機交互模塊；

所述電流驅動及檢測模塊，一方面用于根據一控制信號驅動電磁鐵，讓其產生懸浮被懸浮控制對象的電磁力，另一方面用于檢測電磁鐵的電流大小，并把電流信號轉化成第一電壓信號；

所述位置檢測及信號處理模塊，用于檢測被懸浮控制對象的懸浮位置，并把懸浮位置的位置信號轉化成第二電壓信號；

所述數字信號處理模塊分別與所述電流驅動及檢測模塊和位置檢測及信號處理模塊連接，一方面用于將所述第一電壓信號和第二電壓信號進行采樣轉化成數字信號，并將所述數字信號通過控制算法的處理產生內部控制信號輸出至所述電流驅動及檢測模塊，另一方面用于實時調用多種控制算法，調整控制參數，實現對被懸浮控制對象的實時懸浮控制；

所述人機交互模塊與所述數字信號處理模塊連接，用于接收用戶輸入的外部控制信號并輸出至所述數字信號處理模塊，以及用于通過實時控制界面顯示控制狀態。

所述的磁懸浮控制系統，其中，所述數字信號處理模塊進一步包括：ADC采樣單元、驅動器控制接口單元、微處理器單元、串口通信單元；

所述ADC采樣單元分別與所述電流驅動及檢測模塊和位置檢測及信號處理模塊連接，用于采集電流驅動及檢測模塊的第一電壓信號、以及位置檢測及信號處理模塊的第二電壓信號，并把所述第一電壓信號和第二電壓信號轉化為數字信號；

所述驅動器控制接口單元與所述電流驅動及檢測模塊連接，用于給所述微處理器單元和電流驅動及檢測模塊之間提供通信通道；

所述微處理器單元分別與所述ADC采樣單元和所述驅動器控制接口單元連接，用于通過數字量與模擬量的轉化公式將所述數字信號轉化為控制的反饋信號，并將所述反饋信號通過控制算法的處理，產生所述內部控制信號通過所述驅動器控制接口單元發送至所述電流驅動及檢測模塊，以控制所述電磁鐵的電磁力的大小；

所述串口通信單元用于給所述微處理器單元與人機交互模塊之間的通信提供連接通道。

所述的磁懸浮控制系統，其中，所述數字信號處理模塊還包括：一與所述微處理器單元連接的存儲模塊，用于存儲多種控制算法，所述多種控制算法包括PID控制算法，模糊PID控制算法，神經網絡控制算法，魯棒控制算法，滑模控制算法，模型參考自適應控制算法，LQR控制算法。

所述微處理器單元還用于調用所述存儲模塊存儲的多種控制算法，在系統上實現多種不同控制算法的控制。

所述的磁懸浮控制系統，其中，所述電流驅動及檢測模塊進一步包括：驅動器，及與所述驅動器連接的電流傳感器；