高可靠磁悬浮轴承数字控制器研制

为了提高磁悬浮轴承控制系统的可靠性,本文针对数字控制器信号输入输出系统的硬件故障,开展了对其硬件可靠性设计的研究。本文研制了以TMS320VC33 DSP和EP1C6T144C8 FPGA为核心的数字控制器,该控制器具有基于硬件冗余的高可靠信号输入输出系统,控制器中DSP负责算法运算,FPGA负责信号输入输出系统的控制及故障检测与处理。信号输入输出系统中,输入系统通过对基准电压信号的采样实现故障检测,输出系统通过写入一固定值,将该值转换结果重新采样来进行故障判断。而故障处理则是通过片选等控制信号的替换,实现故障模块与备用模块间的切换。 本文在五自由度磁悬浮轴承试验台上进行了试验研究,使用该数字控制器在试验台上成功地实现了转子的静态悬浮和30000r/min下的高速运转,且各方面性能满足要求。在此基础上,通过模拟故障对信号输入输出系统进行了可靠性测试,信号输入系统成功地实现了30000r/min下的故障检测及故障处理,没有造成转子的失稳和振荡;信号输出系统成功实现了开机上电后的故障检测。试验表明,信号输入输出系统故障检测与处理模块准确性好、可靠性高,无误判断现象,有效地提高了整个控制系统的可靠性。