一种基于实时仿真系统的磁悬浮列车实验台控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于实时仿真系统的磁悬浮列车实验台控制系统，包括实时处理器、悬浮传感器、斩波器和管理计算机，悬浮传感器将采集的信号输入给实时处理器，实时处理器对信号进行转换和运算，并输出控制信号给斩波器，斩波器对信号进行功率放大，调整电磁铁的电流以控制电磁铁的吸力，管理计算机通过以太网与实时处理器通讯，管理计算机通过Simulink和DSPACE实时仿真系统软件进行控制方案设计和编译，并将代码下载到实时控制器，读取实时处理器中数据，对数据进行分析和读写；本发明专利技术为磁悬浮列车控制方案优化验证提供了方便、快捷的平台，避免复杂的悬浮控制算法代码编写和底层硬件设计，实现控制算法图形化设计和自动编译，算法可读性和可靠性强。

A Control System of Maglev Train Test-bed Based on Real-time Simulation System

The invention discloses a control system of a magnetic levitation train test-bed based on a real-time simulation system, which includes a real-time processor, a levitation sensor, a chopper and a management computer. The levitation sensor inputs the collected signal to a real-time processor. The real-time processor converts and calculates the signal, and outputs the control signal to the chopper. The chopper amplifies and adjusts the power of the signal. The current of the whole electromagnet controls the attraction of the electromagnet, manages the computer to communicate with the real-time processor through ethernet, manages the computer to design and compile the control scheme through Simulink and DSPACE real-time simulation system software, downloads the code to the real-time controller, reads the data in the real-time processor, analyses and writes the data; The present invention is the controller of the maglev train. Optimized verification of the scheme provides a convenient and fast platform, avoids complex levitation control algorithm coding and underlying hardware design, realizes graphical design and automatic compilation of control algorithm, and enhances readability and reliability of the algorithm.

【技术实现步骤摘要】
一种基于实时仿真系统的磁悬浮列车实验台控制系统
本专利技术涉及磁悬浮控制领域，具体为一种基于实时仿真系统的磁悬浮列车实验台控制系统。
技术介绍
磁悬浮控制算法是磁悬浮列车技术中的关键技术，控制算法的研究、设计与验证多基于磁悬浮实验平台，设计可靠、方便快捷的磁悬浮控制系统是开展实验研究的基础。磁悬浮控制技术经历了模拟控制器和数字控制器两个阶段，早期悬浮控制器采用硬件电路来实现，特点是响应快，但参数调整困难，不能根据算法灵活的改变硬件结构。而随着DSP(DigitalSignalProcessing)数字信号处理器的发展，目前多数磁浮实验台和列车的控制系统是基于DSP实现的。目前磁悬浮控制系统设计多数基于DSP数字信号处理器，需设计并制造硬件电路板，设计控制方案时，编程实现控制算法，将代码集成于硬件电路中，用磁浮实验台对系统进行测试。该过程面临问题主要有：采用这种方法学者和工程技术人员在进行控制算法优化和设计需要大量汇编语言和C语言编写代码，需进行大量的底层硬件驱动和电路设计，还需进行A/D和D/A转换模块设计，开展悬浮控制算法设计与优化时开展如此大量的硬件驱动设计和电路设计，浪费精力；有的研究人员并不精通控制电路知识，这种方法更是增大了悬浮控制算法的设计难度；此外，手工编程还面临代码不可靠风险，代码可读性差，后续传承性差，极大地限制了控制算法的优化和验证效率。
技术实现思路
为了克服现有技术方案的不足,本专利技术提供一种基于实时仿真系统的磁悬浮列车实验台控制系统，克服了传统方法中大量的硬件驱动和电路设计的难题，避免了复杂的代码编写，算法可读性极强，控制代码自动编译生成，可靠性强，能有效的解决
技术介绍
提出的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于实时仿真系统的磁悬浮列车实验台控制系统，包括基于DSPACE实时仿真系统的实时处理器、与所述实时处理器的输入端口连接的悬浮传感器、与所述实时处理器的输出端口连接的斩波器，以及与所述实时处理器通过以太网通讯的管理计算机；所述悬浮传感器将采集的电磁铁悬浮间隙和电磁铁振动加速度信号输入到所述实时处理器；所述实时处理器对悬浮传感器信号进行转换和运算处理并输出控制信号，所述斩波器对所述实时处理器输出的控制信号进行功率放大，并根据控制信号调整电磁铁的电流以控制电磁铁的吸力；所述管理计算机运行MATLAB/Simulink，建立控制方案流程图,将控制方案自动编译生成控制代码，并将控制代码下载到所述实时处理器中,所述管理计算机可以访问实时处理器中正在运行的实时程序，对采集到的传感器输入信号和实处理器控制信号进行可视化分析，以及参数的读取和修改。进一步地，所述实时处理器通过模拟接口接收传感器信号，利用内置模数转换卡将模拟信号转换为数字信号，所述实时处理器内部的数字信号处理器依照控制算法对信号进行运算处理，得到控制信号，通过内置数模转换卡将数字信号转换为模拟信号输出。进一步地，所述DSPACE实时仿真系统具体为基于MATLAB/Simulink的控制系统开发及半实物仿真的硬件和软件工作平台，可与MATLAB/Simulink实现完全无缝的连接。进一步地，所述DSPACE实时仿真系统硬件部分为所述实时处理器，所述实时处理器具体为搭载DS1202实时平台的MicroLabBox。进一步地，所述管理计算机内安装有与实时处理器实现无缝连接的MATLAB/Simulink软件系统和DSPACE实时仿真系统软件。进一步地，所述DSPACE实时仿真系统软件部分为控制开发软件包和COMP_MLBX编译器，所述控制开发软件包还包括有Controldesk试验工具软件包和内嵌在Simulink的RTI库。进一步地，所述管理计算机的工作内容为：首先，运行MATLAB/Simulink建立控制方案流程图，按照图形化方式显示控制算法流程图；然后，从RTI库中选取I/O接口并且配置I/O接口参数，COMP_MLBX编译器编译算法命令自动生成控制代码，将控制代码下载到实时控制器中；最后，在所述管理计算机上运行ControlDesk软件，与所述实时处理器进行交互操作，进行参数的读写，全过程监测算法试验过程的数据、悬浮传感器的输入信号和实时处理器的控制输出信号，所述管理计算机在运行ControlDesk软件时，可用鼠标拖拽模块建立试验调试界面，读取实时处理器中运行程序的过程数据和参数，对数据进行可视化分析，可对参数进行在线修改。进一步地，控制系统开展悬浮控制算法优化和验证的步骤为：步骤100、利用管理计算机中的MATLAB/Simulink建立磁浮实验台悬浮系统的悬浮控制方案；步骤200、在Simulink控制方案框图中，从RTI库拖放模块指定实验测试所需的实时处理器I/O接口，并对I/O接口参数进行设置；步骤300、对设计好的控制方案simulink模型进行编译，自动生成控制方案实时模型C代码；步骤400、将管理计算机与实时处理器连接通讯，将控制方案实时模型下载到实时处理器并启动之；步骤500、将所述悬浮传感器和斩波器分别与实时处理器的输入端和输出端连接，所述实时处理器充当悬浮控制器，将该系统接入磁悬浮实验系统，对悬浮控制方案进行实验测试；步骤600、用ControlDesk实验工具软件包与实时处理器进行交互操作，如建立虚拟试验仪表、显示控制系统的状态，以及调整控制参数并跟踪过程响应曲线；步骤700、重复上述步骤100～步骤600，根据实验反馈信息对控制模型进行修改、完善并验证。进一步地，在步骤700中，实验测试过程将得到控制策略对磁悬浮试验装置控制效果的反馈信息，具体反馈信息为磁浮系统悬浮稳定性如何、在外界扰动情况下电磁铁的振荡幅度，以及悬浮控制算法是否有足够的鲁棒性。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术利用DSPACE实时处理器硬件MicroLabBox作为磁悬浮控制器应用于磁悬浮列车控制技术，MicroLabBox搭载高性能处理器核心，提供丰富的I/O接口。磁悬浮实验台悬浮传感器信号接入实时处理器输入端，控制信号从实时处理器输出端输出给到斩波器，斩波器放大信号并驱动电磁铁工作，实现了磁悬浮实验台的控制回路，无需设计A/D和D/A转换模块，无需硬件驱动和电路设计，克服了传统方法中大量的硬件驱动和电路设计的难题；(2)本专利技术利用管理计算机上预装的Matlab/Simulink进行控制算法的图形化设计，利用集成于Matlab/Simulink环境下的RTI模块库,实现了simulink模型与实时处理器硬件接口之间的联接，在进行实时控制模型的搭建时，只需从Simulink预设模块库中拖放相应的数学模块，从RTI中拖放I/O资源，配置信号输入输出接口即可。避免了复杂的代码编写，算法可读性极强，控制代码自动编译生成，可靠性强。附图说明图1为基于实时仿真系统的磁悬浮列车实验台控制系统结构示意图；图2为本专利技术的控制算法simulink模型图；图3为基于本专利技术开展磁悬浮实验测试时的测试曲线图；图4为本专利技术的控制方案设计与验证流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于实时仿真系统的磁悬浮列车实验台控制系统，其特征在于：包括基于DSPACE实时仿真系统的实时处理器、与所述实时处理器的输入端口连接的悬浮传感器、与所述实时处理器的输出端口连接的斩波器，以及与所述实时处理器通过以太网通讯的管理计算机；所述悬浮传感器将采集的电磁铁的悬浮间隙和电磁铁振动加速度信号输入到所述实时处理器；所述实时处理器对悬浮传感器信号进行转换和运算处理并输出控制信号，所述斩波器对实时处理器输出的控制信号进行功率放大，根据处理后的控制信号调控电磁铁的吸力；所述管理计算机运行MATLAB/Simulink，建立控制方案流程框图,将控制方案自动编译生成控制代码，并将控制代码下载到所述实时处理器中,所述管理计算机可以访问实时处理器中正在运行的实时程序，对数据进行可视化分析，以及参数的读写。

【技术特征摘要】
1.一种基于实时仿真系统的磁悬浮列车实验台控制系统，其特征在于：包括基于DSPACE实时仿真系统的实时处理器、与所述实时处理器的输入端口连接的悬浮传感器、与所述实时处理器的输出端口连接的斩波器，以及与所述实时处理器通过以太网通讯的管理计算机；所述悬浮传感器将采集的电磁铁的悬浮间隙和电磁铁振动加速度信号输入到所述实时处理器；所述实时处理器对悬浮传感器信号进行转换和运算处理并输出控制信号，所述斩波器对实时处理器输出的控制信号进行功率放大，根据处理后的控制信号调控电磁铁的吸力；所述管理计算机运行MATLAB/Simulink，建立控制方案流程框图,将控制方案自动编译生成控制代码，并将控制代码下载到所述实时处理器中,所述管理计算机可以访问实时处理器中正在运行的实时程序，对数据进行可视化分析，以及参数的读写。2.根据权利要求1所述的一种基于实时仿真系统的磁悬浮列车实验台控制系统，其特征在于：所述实时处理器通过模拟接口接收传感器信号，利用内置模数转换卡将模拟信号转换为数字信号，所述实时处理器内部的数字信号处理器依照控制算法对信号进行运算处理，得到控制信号，通过内置数模转换卡将数字信号转换为模拟信号输出。3.根据权利要求1所述的一种基于实时仿真系统的磁悬浮列车实验台控制系统，其特征在于：所述DSPACE实时仿真系统具体为基于MATLAB/Simulink的控制系统开发及半实物仿真的硬件和软件工作平台，可与MATLAB/Simulink实现完全无缝的连接。4.根据权利要求3所述的一种基于实时仿真系统的磁悬浮列车实验台控制系统，其特征在于：所述DSPACE实时仿真系统的硬件部分为实时处理器，并且所述实时处理器具体为搭载DS1202实时平台的MicroLabBox。5.根据权利要求1所述的一种基于实时仿真系统的磁悬浮列车实验台控制系统，其特征在于：所述管理计算机内安装有与实时处理器实现无缝连接的MATLAB/Simulink软件系统和DSPACE实时仿真系统软件。6.根据权利要求5所述的一种基于实时仿真系统的磁悬浮列车实验台控制系统，其特征在于：所述DSPACE实时仿真系统的软件部分为控制开发软件包和COMP_MLBX编译器，所述控制开发软件包还包括有Controldesk试验工具软件包和内嵌在Simulin...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晗，曾晓辉，史禾慕，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11