[發明專利]CAN總線磁懸浮球控制系統及總線通信方法

無效

• 申請號: 201110005159.9
• 申請日: 2011-01-12
• 公開（公告）號: CN102117064A
• 公開（公告）日: 2011-07-06
• 發明（設計）人: 張鳳登;張勇;仇林至;王闖;尚雯雯;廖振儉
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;H04L12/40
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種控制技術，特別涉及一種CAN總線磁懸浮球控制系統。

背景技術

磁懸浮技術是集電磁學、電子學、力學、機械學、控制工程和計算機科學為一體的技術。具有非接觸性、無潤滑問題、可控性好等優點。近年來，隨著各項技術的發展，磁懸浮技術在很多領域得到廣泛的應用，如磁懸浮列車、磁懸浮軸承、高速磁懸浮電機等。國外在進行磁懸浮技術的研究初始階段，大多數是在磁懸浮小球控制系統上開展起來的，以此來研究磁懸浮系統的各項性能。

隨著自動控制技術、計算機技術和網絡技術的發展以及控制和管理要求的不斷提高，使得控制系統正由封閉的集中體系加速向開放的分布式體系發展，出現了分布式控制系統，現場總線控制系統，使控制系統的結構和性能有了飛躍性的變化。在磁懸浮球控制系統的研究方面，國內大部分還只是采用集中控制系統，將系統應用于控制算法的研究。

發明內容

本發明是針對現在控制技術要向現場總線控制發展的問題，提出了一種CAN總線磁懸浮球控制系統及總線通信方法，使其系統網絡化、分散化，并且提高系統的開放性、抗干擾性、可靠性、經濟性等性能。

本發明的技術方案為：一種CAN總線磁懸浮球控制系統，包括四個CAN節點，由光源和光電位置傳感器組成無接觸測量裝置將檢測的鋼球與電磁鐵之間的距離信號輸入到處理電路后連接A/D轉換器，A/D轉換器轉換數據后送第一CAN節點；第二CAN節點通過D/A轉換器輸出電壓信號，通過驅動電路輸出控制信號到電磁鐵繞組，控制電磁力的大小；第三CAN節點通過繼電器控制無接觸測量裝置光源開關；第一、二、三CAN節點通過CAN總線通信傳遞信息，CAN總線通信通過CAN接口卡，連接上位機PC。

所述CAN節點的控制器選用ARM7處理器LPC2292，第一CAN節點主要包括模擬輸入模塊，其輸出通過CAN總線傳送到第二CAN節點；第二CAN節點包括PID模塊和模擬輸出模塊；第一CAN節點的輸出作為PID模塊的輸入，進行PID運算，結果通過模擬輸出模塊輸出控制電壓；其中PID的參數由上位機PC通過CAN接口卡和CAN總線以非周期通信方式來設置。

一種CAN總線磁懸浮球控制系統的總線通信方法，包括CAN總線磁懸浮球控制系統，首先由第一CAN節點發送周期型數據，即通過傳感器采樣到的鋼球位置；其他節點接收到該數據幀之后，將其作為參考幀，同步啟動一個定時器，在2ms之內如果有事件觸發型數據需要發送，則發送數據，基本周期內的其他時間如果有數據需要發送，則需要等到下一個通信周期。

本發明的有益效果在于：本發明CAN總線磁懸浮球控制系統及總線通信方法，簡化了系統結構，提高了可靠性；具有較強的抗干擾能力；是一個開放的系統，可以與任何遵守CAN總線協議的其他設備或系統連接；將傳感測量、工程量處理與控制等功能分散到現場設備中完成，僅靠現場設備即可完成自動控制的基本功能，并可隨時診斷設備的運行狀態。

附圖說明

圖1為本發明CAN總線磁懸浮球控制系統結構示意圖；

圖2為本發明CAN總線磁懸浮球控制系統中A/D轉換原理圖；

圖3為本發明CAN總線磁懸浮球控制系統中D/A轉換原理圖；

圖4為本發明CAN總線磁懸浮球控制系統中繼電器控制原理圖；

圖5為本發明CAN總線磁懸浮球控制系統中CAN通信硬件電路原理圖；

圖6為本發明CAN總線磁懸浮球控制系統中CAN總線磁懸浮球控制系統功能塊的組合圖；

圖7為本發明CAN總線磁懸浮球控制系統中通信周期分配圖。

具體實施方式

CAN總線磁懸浮球控制系統，如圖1所示，包含四個CAN節點。第一CAN節點12采用光源6和光電位置傳感器5組成的無接觸測量裝置檢測鋼球9與電磁鐵1之間的距離x的變化，傳感器信號5經過處理電路10后連接A/D轉換器11。第二CAN節點4通過D/A轉換器3輸出一定大小的電壓，通過驅動電路2控制電磁鐵1繞組中的電流大小，從而控制磁力F的大小。第三CAN節點8通過繼電器7控制光源6開關。前三個節點之間通過CAN總線通信13，構成PID閉環控制系統，控制電磁鐵1繞組中的電流，使之產生的電磁力與鋼球9的重力mg相平衡，鋼球9就可以懸浮在空中而處于平衡狀態。第四CAN節點為CAN接口卡14，連接上位機PC15，用于系統監控。