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依據雙DSP的磁軸承數字操控器容錯描繪
來源:軸承網 時間:2013-09-05
電磁軸承(AMB)是運用可控電磁吸力將轉子懸浮起來的一種新式高功用軸承；具有無觸摸、無沖突、高速度、高精度、不需光滑和密封等一系列特色；在交通、超高速超精細加工、航空航天等高科技領域有著寬廣的遠景.
因為磁懸浮體系本征不安穩；操控體系的好壞將會直接決議磁軸承的功用.這些年國內外在數字操控方面開展很快；數字操控器將是將來的磁軸承操控的干流；圖1為數字磁軸承操控體系布局框圖.本文從工業運用的要求和本錢思考；對圖1虛線方框內的操控器進行了容錯描繪；提出了雙DSP容錯操控器的計劃；而關于傳感器、線圈和功率放大器有些的容錯描繪本文不進行評論.
磁懸浮操控器的容錯描繪剖析
冗余是完成容錯和進步可靠性的一種有用辦法；關于磁軸承DSP操控體系來說；其自身的時刻余量和程序空間余量都十分有限；故首要是選用硬件冗余；即選用多DSP冗余描繪來進步體系的可靠性.
在多機冗余體系描繪中；要害難題是多機的重構戰略、多機的裁定切換邏輯及多機運轉的同步等.小規模的終端體系相關于功用強大的中間操控體系有四個顯著的特色：體系布局較簡略、本錢較低，軟硬件資源比擬缺少，有必要具有很好的實時功用，運轉時刻余度太小.經過以上剖析與對本錢的思考；本文提出了對準工業運用的雙機熱備冗余操控體系描繪計劃.
描繪原理
本操控體系布局如圖2所示；其間冗余中間操控功用是經過CPLD來完成的.模擬信號別離輸入到兩個DSP進行運算；由中間裁定模塊挑選主DSP；然后由主DSP來處置輸出到D/A變換的數據、時序和RS-232的輸出信號.
輸入緩沖模塊
為了消除輸入端輸入阻抗帶來的影響；關于數字信號添加一級緩沖器；能夠減小外圍電路的攪擾.本體系中；首要是進行RS-232和晶振、復位、外部中止輸入信號的緩沖(RS-232的輸出接口由主DSP進行操控).別的；關于模擬信號本描繪經過電壓跟從器來完成阻抗匹配；并減小了差錯和A/D變換的時刻.
DSP時鐘同步的完成
因為本描繪計劃是經過DSP的徹底同步來完成冗余操控的；故選用雙DSP一起運用一個晶振信號的辦法.體系作業時；要待電源安穩和晶振徹底起振后；才能對DSP進行復位.經過對實驗室現有的操控體系的測驗；電源安穩和晶振安穩起振的時刻大概是40ms；故復位時刻應挑選大于該值.此外；為了進步其抗攪擾性；復位后的信號經過施密特觸發器后最棒先經過CPLD緩沖；然后再接到DSP的復位端.
硬件毛病判定模塊
本描繪中運用每個DSP CLKOUT引腳的輸出信號作為判定硬件毛病的基本條件.若是DSP硬件正常作業；CLKOUT引腳將輸出固定的時鐘波形，若是體系的CLKOUT沒有時鐘波形輸出；將以為該DSP硬件不正常；然后由中間裁定模塊來阻隔該DSP.其詳細完成辦法就是CLKOUT信號經CPLD完成的分頻器后送到單穩態觸發器74LS123；若體系的CLKOUT信號不正常；74LS123會發生跳變；唆使中間裁定模塊阻隔不正常DSP.
輸出總線表決模塊
輸出總線表決模塊首要完成體系的容錯；處置體系的軟毛病.當兩DSP的總線輸出信號進行比擬時；若是不一樣；則標明某個DSP或許兩個DSP都發生了軟毛病；體系遏止過錯輸出；并由中間裁定模塊對此狀況進行處置；使體系完成容錯功用.思考到A/D變換的差錯；本描繪只對輸出數據總線的高8位進行表決.
中間裁定模塊
中間裁定模塊首要是剖析由輸出總線表決模塊和硬件毛病判定模塊輸出的成果；并做出判別；斷定主DSP.主DSP的功用首要是操控對外的輸出；包含操控D/A變換輸出和RS-232的輸出.
中間裁定模塊的裁定辦法
當硬件判定模塊和軟件表決模塊都沒有報錯；則體系選用默許的DSP1為主DSP，若是硬件判定模塊有一塊DSP報錯；則阻隔犯錯的DSP；另一個為主DSP ；而且報警，若是兩個DSP都報錯；則會陳述體系的過錯；并供給操控體系發生過錯的接口信號；讓體系在最短的時刻里發動安保體系.當兩個DSP都沒有發生DSP硬件報錯時；若是軟件表決模塊報錯；則經過CPLD發動復位信號；從頭復位兩個DSP；并由CPLD中間操控模塊記載復位次數；若是體系接連復位次數超越四次且沒有呈現一次正確的輸出總線成果或兩個DSP在線自檢均沒有經過；將會發動安保體系，若是有一個DSP自檢不經過；則阻隔該DSP；體系會輸出報警信號；一起主DSP操控權交給另一DSP，若是復位次數小于四次；且呈現了正確的輸出總線成果；CPLD模塊會鏟除復位計數次數；主DSP依然是DSP1.
DSP軟件完成
體系的軟件流程框圖如圖3所示；其間虛線方框內是經過CPLD完成的.在DSP體系中；運用了看門狗模塊；來處置體系程序跑飛難題.體系復位后；經過檢測看門狗電路復位標記位來檢測體系程序狀況；若是是體系看門狗復位；經過軟件使DSP發生輸出總線報錯；其成果與輸出總線報錯處置辦法一樣，不然為由裁定模塊導致的復位；而且履行在線自檢.若是在線自檢不經過；CPLD會主動阻隔硬件.描繪中為減小體系的復位時刻和操控體系的接連性；存儲數據的時分選用了雙口RAM idt7133；這樣能夠在復位后疾速的選用前一次核算的暫存數據(彼此取對方數據；而且與個人的數據進行均勻)；從而使復位對體系的影響降到最小.
在線自檢的完成
經過CPLD中間裁定模塊來操控信號傳輸操控門；完成A/D變換；變換成基準電平(本描繪選用2。5V)后再經過實踐的操控算法來核算；并將成果輸出到CPLD與離線核算好的成果(存儲在CPLD上)進行比擬；若是實時核算成果和離線成果一樣；則表明體系自檢經過；不然；主動阻隔自檢不經過的DSP.
體系的可靠性評價
體系的中間操控模塊是選用CPLD完成的；其可靠性遠高于依據程序完成的DSP；本體系中把CPLD的毛病率近似以為是0；即均勻無毛病時刻遠大于DSP.
依據電子體系模型可知；單機的可靠性隨時刻改變遵守指數分布；即為Ri(t)=e-lit(li為毛病率)；所以單機體系的均勻無毛病時刻為1/l；而本計劃的無均勻毛病時刻為：
明顯；本體系的無毛病時刻為單機運轉的1。5倍；較大的進步了操控器體系的可靠性.
結語
本文提出的磁懸浮容錯操控器計劃；選用了軟硬件協同描繪；完成了毛病診斷和體系重建的功用；較大的進步了操控器的可靠性；為磁軸承的工業推廣運用供給了功用保證.
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