[发明专利]一种基于CPU+DSP的轧辊偏心信号控制系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属钢铁生产过程检测与控制领域，特别是提供了一种基于CPU+DSP的轧辊偏心信号特征提取分析的平台，通用性强，具有抗干扰的能力；主CPU板实现厚度补偿控制，背板总线为国际通用的工业标准的VME总线，系统具有一定的开放性，以方便各用户的扩展。 

背景技术

当前，随着先进控制理论的不断完善和发展，控制算法越来越复杂，对控制系统的性能要求越来越高。自动控制理论经历了经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段的发展，参数辨识、自适应控制、神经网络和模糊控制等在理论上已经形成了一套系统的、完整的解决方法，但控制理论的不断完善也伴随着控制算法越来越复杂，这就对计算机的处理能力要求越来越高。当前的工业控制现场使用的工控机大多采用单处理器，一方面CPU的制造工艺已经越来越接近物理极限，主频提高的空间越来越小；另一方面现有的处理器虽然具有高速串行运算的特点，但无法满足大数据量算法的要求，这一问题的根源在于原有的处理器既需要完成控制算法的运算部分又需要完成程序的调度，监听以及产生/相应中断等多项任务。而处理器在处理多项任务时，采用的是轮寻执行的办法，即在一个CPU的条件下不可能同时执行两个以上的程序。CPU在程序之间做高速的切换，使得所有的程序在很短的时间之内可以得到更小的CPU时间，这样从用户的角度来看就好像是同时在执行多个程序。因此一个CPU无法在硬件上满足系统的要求，在实际的工业应用中，往往出现主CPU负荷过重的现象。为了使一些复杂的、有用的控制算法在工业中得到充分应用，提高工控机的处理能力和运行效率，应用辅助CPU系统分担部分主CPU的运算任务，组成并行处理器系统并行处理，从而提高系统的实时性和可靠性，将是个可行的途径。 

并行计算机技术从20世纪60年代以来，经过了几十年快速发展，推动了计算机技术的飞速发展和高性能计算机在各个领域的应用，特别是90年代以来，随着微电子技术的迅速发展，基于RISC指令系统得微处理芯片的性能几乎以每年增长1倍、内存容量每年增长3-4倍的速度发展，所以并行处理器技术也日渐走向成熟。DSP凭借强大的数据处理能力和高运算速度以及可编程性和易于实现自适应处理等特点，成为辅助处理器最合适的选择。 

可见，先进的控制系统主要用于处理复杂生产过程，伴随的是控制算法的复杂化，进而对系统的硬件提出了更高的要求，特别是在有实时性要求的场合，更需要有强大数据处 理能力的系统保证，本发明所设计的快速控制系统，采用DSP作为辅助CPU参与运算，而DSP在数据处理方面的能力将能有效的保证实时过程控制中复杂控制算法的运行。 

通过对并行处理技术和多处理系统设计原理等理论的研究，提出了处理器之间基于PMC总线方式通信的并行多处理系统的设计方案。系统的设计主要包括辅助处理系统的硬件和逻辑设计、主处理系统局部总线设备驱动程序设计，系统的调试合成以及应用。 

综上所述，对于复杂轧钢生产过程轧辊偏心信号检测与控制来说，要求所设计的偏心检测与控制系统应该具有开放性，可扩展性，可靠性，可测较多的参数，监测灵敏度应该较高，使用的适应性应该较大，安装和维修应该不太复杂，同时应该不受复杂工业过程环境、工况等恶劣因素的影响可以确保在复杂环境下对轧辊偏心信号提取与控制。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种轧辊偏心检测与控制的系统，提高轧机厚度控制精度。其具有系统开放性好，可靠性高，容错能力高，抗干扰能力强，安装简单，适应性强，在轧钢复杂工业环境下可以正常连续工作，同时根据不同轧机状况进行偏心及相关信号的自动检测和采集数据，对偏心成分进行识别，并具有厚度补偿控制的功能。 

一种基于CPU+DSP的轧辊偏心信号控制系统，其特征在于：包括基于VME总线的框架、VME总线的单板CPU装置、PMC总线的DSP信号采集与处理装置；DSP信号采集与处理装置与相位检测的光电编码器及轧制力传感器装置相连接，信号输出装置与轧机厚度控制系统相连。 

VME总线的框架采用VME国际标准总线，保障多CPU之间的高速信息可靠传递。 

单板CPU装置采用板载PMC总线与DSP处理器装置相连实现主辅处理器系统，为系统进行并行处理服务。 

采用DSP信号采集装置，将各传感器探测装置输出的模拟电压信号转换为数字信号，提供给信号处理装置。 

采用DSP信号处理装置，处理采集装置采集的数字信号，对各信号进行实时处理和分析，并进行特征提取、相位识别。