[发明专利]一种磁悬浮控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁悬浮领域，尤其是涉及一种磁悬浮控制系统及控制方法。

背景技术

目前的悬浮技术主要包括电磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、静电悬浮、粒子束悬浮等，其中电磁悬浮技术比较成熟。

电磁悬浮技术(electromagnetic levitation)简称EML技术。它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。将一个金属样品放置在通有高频电流的线圈上时，高频电磁场会在金属材料表面产生一高频涡流，这一高频涡流与外磁场相互作用，使金属样品受到一个洛沦兹力的作用。在合适的空间配制下，可使洛沦兹力的方向与重力方向相反，通过改变高频源的功率使电磁力与重力相等，即可实现电磁悬浮。

随着磁悬浮技术的发展，出现了各种各样的磁悬浮控制平台。在控制器方面，在早期的磁悬浮控制系统大多采用了模拟式控制方案，而随着人们对实时信号处理要求的不断提高和DSP技术的不断完善，当今的磁悬浮控制系统都逐渐地转向了数字控制系统，因为数字式控制具有控制精度高、动态性能优良的特点，既可以保证计算和控制的实时性，又能充分发挥数字控制的诸多优点。

但是，现有技术的磁悬浮数字控制系统，电路复杂，制作成本高，并且现有技术的磁悬浮数字控制系统在位置检测方面，其位置传感器通常利用涡流、电容、电感或者光电传感器来实现非接触位移检测的目的，但采用上述传感器不但成本高，而且容易受电磁信号的干扰，测量不容易实现。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于数字信号处理的数字式控制器、基于新型一维PSD传感器作为位置检测单元的磁悬浮控制系统及控制方法，其电路结构简单，制作成本低。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种磁悬浮控制系统，其中，包括电流驱动及检测模块、位置检测及信号处理模块、数字信号处理模块，以及人机交互模块；

所述电流驱动及检测模块，一方面用于根据一控制信号驱动电磁铁，让其产生悬浮被悬浮控制对象的电磁力，另一方面用于检测电磁铁的电流大小，并把电流信号转化成第一电压信号；

所述位置检测及信号处理模块，用于检测被悬浮控制对象的悬浮位置，并把悬浮位置的位置信号转化成第二电压信号；

所述数字信号处理模块分别与所述电流驱动及检测模块和位置检测及信号处理模块连接，一方面用于将所述第一电压信号和第二电压信号进行采样转化成数字信号，并将所述数字信号通过控制算法的处理产生内部控制信号输出至所述电流驱动及检测模块，另一方面用于实时调用多种控制算法，调整控制参数，实现对被悬浮控制对象的实时悬浮控制；

所述人机交互模块与所述数字信号处理模块连接，用于接收用户输入的外部控制信号并输出至所述数字信号处理模块，以及用于通过实时控制界面显示控制状态。

所述的磁悬浮控制系统，其中，所述数字信号处理模块进一步包括：ADC采样单元、驱动器控制接口单元、微处理器单元、串口通信单元；

所述ADC采样单元分别与所述电流驱动及检测模块和位置检测及信号处理模块连接，用于采集电流驱动及检测模块的第一电压信号、以及位置检测及信号处理模块的第二电压信号，并把所述第一电压信号和第二电压信号转化为数字信号；

所述驱动器控制接口单元与所述电流驱动及检测模块连接，用于给所述微处理器单元和电流驱动及检测模块之间提供通信通道；

所述微处理器单元分别与所述ADC采样单元和所述驱动器控制接口单元连接，用于通过数字量与模拟量的转化公式将所述数字信号转化为控制的反馈信号，并将所述反馈信号通过控制算法的处理，产生所述内部控制信号通过所述驱动器控制接口单元发送至所述电流驱动及检测模块，以控制所述电磁铁的电磁力的大小；

所述串口通信单元用于给所述微处理器单元与人机交互模块之间的通信提供连接通道。

所述的磁悬浮控制系统，其中，所述数字信号处理模块还包括：一与所述微处理器单元连接的存储模块，用于存储多种控制算法，所述多种控制算法包括PID控制算法，模糊PID控制算法，神经网络控制算法，鲁棒控制算法，滑模控制算法，模型参考自适应控制算法，LQR控制算法。

所述微处理器单元还用于调用所述存储模块存储的多种控制算法，在系统上实现多种不同控制算法的控制。

所述的磁悬浮控制系统，其中，所述电流驱动及检测模块进一步包括：驱动器，及与所述驱动器连接的电流传感器；