專利名稱：磁懸浮列車的控制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及到磁懸浮列車的控制設備領域，特指一種磁懸浮列車的控制器。
技術背景磁懸浮列車通過磁力支撐使列車車體與軌道脫離機械接觸,磁懸浮列車控制系統(tǒng)的原 理框圖如圖1所示。如圖1所示，磁懸浮列車控制系統(tǒng)主要由傳感器、控制器、放大執(zhí) 行機構和磁懸浮車體構成。傳感器測量懸浮間隙，產生數(shù)字或者模擬信號送達控制器， 由控制器計算產生控制信號輸出給功率放大裝置，功率放大裝置驅動電磁鐵，產生懸浮 力把車體懸浮在預定的位置。由此可知，磁懸浮列車必須具有性能優(yōu)良的懸浮、導向和 制動控制系統(tǒng)，以確保運行的高度安全舒適，而懸浮、導向和制動控制系統(tǒng)的核心是相 應的控制器，因此設計功能強大、性能優(yōu)良的懸浮控制器、導向控制器、制動控制器是 保證磁浮列車安全舒適運行的重要保障。以下對懸浮控制器、導向控制器、制動控制器 合稱為磁浮列車控制器，簡稱為控制器。控制器的軟件算法涉及到穩(wěn)定性、魯棒性、可靠性、安全性、冗余性、舒適性等方面， 它需要完成很多運算任務，在某些情況下執(zhí)行時間段內的計算資源已經使用到極限，為 編寫高效程序需要消耗程序員大量的精力和時間去關心運行速度，有時甚至無法滿足要 求。同時，由于運算任務的高度集成，導致系統(tǒng)的升級設計、安全性設計都十分復雜， 實施難度很大。 發(fā)明內容本發(fā)明要解決的問題就在于針對現(xiàn)有技術存在的技術問題，本發(fā)明提供一種結構 簡單緊湊、成本低廉、控制穩(wěn)定性更好、運行效率更高、安全性更好的磁懸浮列車的控 制器。為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的解決方案為 一種磁懸浮列車的控制器，其特 征在于它包括分別用來執(zhí)行磁懸浮列車控制系統(tǒng)中不同任務的兩個或兩個以上的控制 單元以及通訊單元，每兩個控制單元之間通過通訊單元依次相連。所述控制單元包括第一控制單元和第二控制單元，第一控制單元負責接受傳感器的 信號，經過濾波以及變換后存儲在通訊單元中，同時形成第二控制單元的中斷信號，第 二控制單元利用中斷程序取走通訊單元中的數(shù)據(jù)，經過運算后形成控制信號。所述第一控制單元和第二控制單元采用DSP，第一控制單元片上的A/D轉換器單元用來與傳感器相連、RAM擴展單元用來與通訊單元相連，第二控制單元片上的RAM擴展單元 用來通過通訊單元與第一控制單元相連、PWM單元用來與整個控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構相連。所述通訊單元為雙口 RAM或高速總線。所述控制單元的DSP采用TMS320F2812。所述通訊單元的雙口 RAM采用IDT70V24，高速總線采用SPI總線。 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點就在于1、 本發(fā)明磁懸浮列車的控制器，由于采取了多DSP協(xié)同處理方案，控制軟件的運算 任務被分配到多個DSP，運算能力得到極大提高；并可以進行復雜的算法，提高控制系統(tǒng) 性能，為乘客提供更舒適的乘坐環(huán)境；2、 本發(fā)明磁懸浮列車的控制器，其控制軟件的運算任務被分成不同的組成部分，分 別由不同的DSP分別處理，提升了系統(tǒng)的安全級別。對于安全級別特別高的運算任務， 可由多個DSP冗余處理，實現(xiàn)更高級別的安全和冗余性；3、 本發(fā)明磁懸浮列車的控制器，其控制軟件的運算任務被分成不同的組成部分，由 不同的DSP分別處理，使開發(fā)者可以針對不同的組成部分分別進行改進、升級；4、 本發(fā)明磁懸浮列車的控制器，其控制軟件可以設立專門的DSP進行模型辨識和參 數(shù)自適應，提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性。


圖1是整個磁懸浮列車控制系統(tǒng)的框架結構示意圖；圖2是實施例中具有雙控制單元的控制器的框架結構示意圖；圖3是雙DSP控制器實施例中的第二控制單元框架結構示意圖；圖4是雙DSP控制器實施例中的第一控制單元框架結構示意圖；圖5是第二控制單元中電源及仿真口的電路示意圖；圖6是第二控制單元中存儲單元的電路示意圖；圖7是第二控制單元中片上外設的電路示意圖；圖8是雙口 RAM的電路示意圖；圖9是本發(fā)明具有多個控制單元的控制器的框架結構示意圖； 圖IO是本發(fā)明的通訊單元采用高速總線時的示意圖。
具體實施方式
以下將結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖2所示，在本實施例中，本發(fā)明的磁懸浮列車的控制器，它包括分別用來執(zhí)行 磁懸浮列車控制系統(tǒng)中不同任務的第一控制單元l、第二控制單元2以及通訊單元3，第一控制單元1和第二控制單元2通過通訊單元3相連。其中，第一控制單元l和第二控 制單元2為可實現(xiàn)控制器軟件算法的可編程部件，可采用兩個相同的DSP (例如，DSP可 采用型號TMS320F2812)。整個控制器的軟件運算任務分配到兩個DSP分別進行處理，各 DSP通過通訊單元3或共享內存的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和協(xié)同工作。在本實施例中，通訊單 元3采用雙口RAM (例如，型號為IDT70V24)。第一控制單元1負責接受傳感器的信號， 經過濾波以及變換后存儲在通訊單元3 (雙口RAM)中，同時形成第二控制單元2的中斷 信號，第二控制單元2利用中斷程序取走通訊單元3 (雙口RAM)中的數(shù)據(jù)，經過運算后 形成控制信號。兩塊DSP通過雙口 RAM交換信息。當然也可以采用高速總線方式，這里 僅提供一種實施方案，IDT70V24是雙端口可操作的高速存儲器，并且配備有握手信號， 可以實現(xiàn)DSP之間數(shù)據(jù)的并行高速傳遞。當DSP之間采用高速總線的方式來交換內容時， 以SPI總線為例，具體實施方式
如圖10所示，兩個DSP—個為主， 一個為從。主DSP輸 出SPICLK信號作為數(shù)據(jù)交換的時鐘信號；SPISTE為使能信號；SPIS0MI對主DSP為輸入 信號，從DSP為輸出信號；SPISIMO對主DSP為輸出信號，從DSP為輸入信號。當主DSP 需要發(fā)送數(shù)據(jù)到從DSP時，輸出一串時鐘信號，同時把數(shù)據(jù)發(fā)出；從DSP接到時鐘，知 道有數(shù)據(jù)傳輸，就把數(shù)據(jù)從總線上接受過來，同時把一些數(shù)據(jù)發(fā)送出去。兩個DSP以雙 工的方式完成數(shù)據(jù)的交換。如圖3所示，第二控制單元2上包括CAN控制器單元、定時器單元、PWM單元、捕獲 單元、通用串口單元、高速串行SPI口單元、A/D轉換器單元、通用10口單元等豐富的 片設資源，并采用程序、數(shù)據(jù)和10統(tǒng)一編址的方式，其中CAN控制器單元可以用來通過 總線與第一控制單元1相連，通用I/O 口單元用來提供數(shù)字量的輸入和輸出，用來與其 余功能模塊相連。SPI單元可以用來通過串行接口與第一控制單元1相連，內部RAM、R0M、 FLASH用來存儲軟件(包括程序和數(shù)據(jù))，RAM擴展單元用來通過雙口 RAM與第一控制單 元1相連，PWM單元用來與整個控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構相連。如圖4所示，第一控制單元1上同樣也包括CAN控制器單元、定時器單元、P確單元、 捕獲單元、通用串口單元、高速串行SPI口單元、A/D轉換器單元、通用10口單元等豐 富的片設資源，并采用程序、數(shù)據(jù)和10統(tǒng)一編址的方式，其中A/D轉換器單元用來與傳 感器相連，CAN控制器單元可以用來通過總線與第二控制單元2相連，通用I/O 口單元用 來提供數(shù)字量的輸入和輸出，用來與其余功能模塊相連。SPI單元用來通過串行接口與第 一控制單元l相連，內部RAM、 R0M、 FLASH用來存儲軟件(包括程序和數(shù)據(jù))，RAM、 R0M、 FLASH分別位于不同的地址空間，RAM擴展單元用來通過雙口 RAM與第二控制單元2相連。如圖5、圖6和圖7所示，為一塊DSP芯片的結構示意圖，分別為一塊DSP的A、 B、C三部分。因為另一塊DSP的原理和接線基本一致，可以很容易的實現(xiàn)，所以沒有給出重 復的原理圖。U6為DSP的原理圖，U7為雙口 RAM的原理圖。U6的AO-All與U7的AO-All 直接連接，其功能為地址線，用來做數(shù)據(jù)內容存儲的地址；U6的DO-D15與U7的DO-D15 直接連接,其功能為數(shù)據(jù)線，用來做存儲的內容；U6的A12與U7的/CEL直接連接，其功 能為片選線，用來選中該芯片，以對其進行操作；U6的XR/W與U7的R/WL直接連接,其 功能為讀寫控制線，用來讀取和寫入存儲的內容；U6的XINT1與U7的/INTL直接連接, 其功能為中斷線，用來通知CPU做相應動作；U6的XREADY與U7的/BUSYL直接連接,其 功能為忙信號線，表示該時間內CPU處于忙碌狀態(tài)。在軟件方面，基于并行計算的思想，采用兩DSP分工方案，把懸浮列車控制任務分 配到兩個DSP并行處理，協(xié)調完成控制功能。DSP在懸浮列車處理系統(tǒng)中的功能分別為 其中一個具體負責用懸浮列車控制算法產生控制量以調節(jié)PWM占空比，懸浮列車控制系 統(tǒng)的狀態(tài)估計和參數(shù)自校正等工作;另外一個則負責通信接口、A/D數(shù)據(jù)采集和濾波處理。綜上所述，磁懸浮列車控制器采用兩DSP的并行處理方案，解決了如下問題①以 清晰的邏輯完成磁懸浮控制任務的分工問題；②以雙口 RAM解決了控制器內部DSP之間 的通訊協(xié)調問題；(D妥善解決控制器內部多DSP并行計算問題，控制循環(huán)的周期縮短了 1/2。如圖9所示，當本發(fā)明磁懸浮列車的控制器采用兩個以上的DSP時，控制器包含多 個DSP， DSP1 (采用TMS320F2812)負責接受傳感器信號，通過雙口 RAM (采用IDT70V24) 送到DSP2 (采用TMS320F2812)，經過濾波以及變換后送到DSP3 (采用TMS320F2812), 經過運算形成控制信號，同時傳感器信號送到相應DSP完成其它任務。在軟件方面，基于并行計算的思想，采用多DSP分工方案，協(xié)調完成控制功能，把 懸浮列車控制任務分配到多個DSP并行處理。DSP在懸浮列車處理系統(tǒng)中的功能分別為 A/D數(shù)據(jù)采集，用一個DSP實現(xiàn)；數(shù)據(jù)濾波處理，用一個DSP實現(xiàn)；用懸浮列車控制算法 產生控制量以調節(jié)PWM占空比，用一個DSP實現(xiàn)；與其它控制器及其它車載設備通訊，用一個DSP實現(xiàn)；需控制器控制的車載單元，用一個DSP實現(xiàn)；懸浮列車控制系統(tǒng)的狀態(tài)估計和參數(shù)自校正等工作，用一個DSP實現(xiàn)。綜上所述，磁懸浮列車控制器采用多DSP的并行處理方案，解決了如下問題①控制器內部多DSP并行計算問題；②控制器內部DSP之間的通訊協(xié)調問題；③完成磁懸浮控制任務的分工問題。
權利要求
1、一種磁懸浮列車的控制器，其特征在于它包括分別用來執(zhí)行磁懸浮列車控制系統(tǒng)中不同任務的兩個或兩個以上的控制單元以及通訊單元，每兩個控制單元之間通過通訊單元(3)依次相連。
2、 根據(jù)權利要求1所述的磁懸浮列車的控制器，其特征在于所述控制單元包括第 一控制單元(1)和第二控制單元(2)，第一控制單元(1)負責接受傳感器的信號，經過濾波以及變換后存儲在通訊單元(3)中，同時形成第二控制單元(2)的中斷信號， 第二控制單元(2)利用中斷程序取走通訊單元(3)中的數(shù)據(jù)，經過運算后形成控制信 號。
3、 根據(jù)權利要求2所述的磁懸浮列車的控制器，其特征在于所述第一控制單元(l)和第二控制單元(2)采用DSP，第一控制單元(1)片上的A/D轉換器單元用來與傳感器 相連、RAM擴展單元用來與通訊單元(3)相連，第二控制單元(2)片上的RAM擴展單元 用來通過通訊單元(3)與第一控制單元(1)相連、PWM單元用來與整個控制系統(tǒng)的執(zhí)行 機構相連。
4、 根據(jù)權利要求1或2或3所述的磁懸浮列車的控制器，其特征在于所述通訊單 元(3)為雙口RAM或高速總線。
5、 根據(jù)權利要求1或2或3所述的磁懸浮列車的控制器，其特征在于所述控制單 元的DSP采用TMS320F2812。
6、 根據(jù)權利要求4所述的磁懸浮列車的控制器，其特征在于所述通訊單元(3) 的雙口 RAM采用IDT70V24，高速總線采用SPI總線。
全文摘要
本發(fā)明的一種磁懸浮列車的控制器，它包括分別用來執(zhí)行磁懸浮列車控制系統(tǒng)中不同任務的兩個或兩個以上的控制單元以及通訊單元，兩個控制單元之間通過通訊單元依次相連。本發(fā)明是一種結構簡單緊湊、成本低廉、控制穩(wěn)定性更好、運行效率更高、安全性更好的磁懸浮列車的控制器。
文檔編號B60L13/06GK101239592SQ200810030789
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月12日 優(yōu)先權日2008年3月12日
發(fā)明者佘龍華, 常文森, 李曉龍, 鄒東升, 郝阿明 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學