基于嵌入式磁浮台控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于嵌入式磁浮台控制系统及方法，包括：传感器、线性电机、主控板、磁浮台底座基板、磁浮台顶板和激光测距反光片；传感器安装于磁浮台底座基板，传感器通过安装于磁浮台顶板的激光测距反光片组成测距系统；线性电机安装于磁浮台底座基板，通过安装于磁浮台顶板的线性电机运动机构组成执行结构。本发明专利技术通过采用嵌入式架构的设计方式，解决了传统磁浮台控制系统过大的问题，减少了设计成本，大大增加了试验的可靠性和安全性；本发明专利技术通过采用自主三轴闭环控的方式进行姿态数据采集并通过增量PID算法方式进行快速姿态控制，解决了磁浮台在精密仪器通过船舶、车辆和飞机等条件下的运输震动的问题。飞机等条件下的运输震动的问题。飞机等条件下的运输震动的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于嵌入式磁浮台控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及磁浮台控制系统的
，具体地，涉及基于嵌入式磁浮台控制系统及方法。

技术介绍

[0002]磁浮台控制系统的关键技术是设备的独立运行、数据自主上报、对平台姿态自主进行采集并通过增量PID算法方式进行姿态调节控制。PID控制器以各种形式使用超过了1世纪，广泛应用在机械设备、气动设备和电子设备在工业应用中PID及其衍生算法最广泛的算法之一，可称之为万能算法。
[0003]增量式PID：
[0004]Δu(k)＝u(k)
‑
u(k
‑
1)
[0005]＝K
P
[e(k)
‑
e(k
‑
1)]+K
I
e(k)+K
D
[e(k)
‑
2e(k
‑
1)+e(k
‑
2)][0006]比例P：e(k)
‑
e(k
‑
1)这次误差
‑
上次误差；
[0007]积分I：e(i)误差；
[0008]微分D：e(k)
‑
2e(k
‑
1)+e(k
‑
2)这次误差
‑
2*上次误差+上上次误差；
[0009]增量式PID根据公式可以很好地看出，一旦确定了KP、TI、TD，只要使用前后三次测量值的偏差，即可由公式求出控制增量；而得出的控制量
▲
u(k)对应的是近几次位置误差的增量，而不是对应与实际位置的偏差，没有误差累加；控制增量Δu(k)的确定仅与最近3次的采样值有关，容易通过加权处理获得比较好的控制效果，并且在系统发生问题时，增量式不会严重影响系统的工作。
[0010]由于嵌入式技术目前已经很成熟，利用低功率嵌入式MCU芯片作为主控芯片，通过板载总线方式进行功能扩展，提高了设备的集成度和自动化程度，同时提高了磁浮台控制系统的实时性、高效性，由于程序C代码语言的稳定，其可按照设定好的条件进行自主识别，主要优点在于可靠性强、自动化程度高和人员操作介入因素低等。PID控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展，通过嵌入式芯片对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向，电流、电压、温度、压力、流量、流速和电机都是常用的主要被控参数。
[0011]单板级嵌入式磁浮台控制系统在各个领域尤其是航空航天、船舶运输和航空运输等领域中有着及其广泛的应用，面对日益发展的商业卫星行业，可应用于卫星的转场和运输等，对舰载和机载仪器等也有着广泛的应用领域。采用单片机来对磁浮台姿态进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控系统的实时性，从而能够大大增加产品的应用场景。传统地面磁浮台控制系统采用程控电源及标准仪器PLC等进行设备设计集成，具有整体体积庞大，价格昂贵，设备安装不方便等问题。
[0012]在公开号为CN106644535A的专利文献中公开了一种全姿态控制系统物理仿真用三自由度浮台、负载平台、轴承组、轴承组、轴承系统的各种能力平台。提供三个独立的监控能力，由本磁控平台支持自由运行，在本机运行情况下提供灵活的监控功能。负载率平台，
可以在真空、高低温环境下进行姿态系统全物理仿真，使姿态系统全物理仿真更近距离地控制太空环境。
[0013]因此，需要提出一种新的技术方案。

技术实现思路

[0014]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于嵌入式磁浮台控制系统及方法。
[0015]根据本专利技术提供的一种基于嵌入式磁浮台控制系统，包括：传感器、线性电机、主控板、磁浮台底座基板、磁浮台顶板和激光测距反光片；
[0016]所述传感器安装于磁浮台底座基板，所述传感器通过安装于磁浮台顶板的激光测距反光片组成测距系统；
[0017]所述线性电机安装于磁浮台底座基板，通过安装于磁浮台顶板的线性电机运动机构组成执行结构。
[0018]优选地，所述传感器为激光测距传感器，所述线性电机为线性电机驱动部分。
[0019]优选地，所述主控板主控模块、系统状态指示模块、线性电机驱动模块、射随电路及滤波模块、线性电机驱动接口接插件、DAC基准电源及隔离电源模块、激光测距传感器接口接插件、激光测距传感器信号调理模块、激光测距传感器信号采集模块、线性电机使能模块、数据存储及RTC模块和数据上报模块；
[0020]所述线性电机驱动模块、激光测距传感器信号采集模块、线性电机使能模块、数据存储及RTC模块和数据上报模块通过板载总线SPI与主控模块进行连接，主控板内部PCB走线进行信号分类调理之后，送各个功能模块进行处理。
[0021]优选地，所述系统状态指示模块对系统的整体运行状态进行指示，其分为电源指示、系统状态指示、数据存储指示和数据上报指示。
[0022]优选地，所述传感器通过转接接插件与主控板中激光测距传感器信号调理模块和激光测距传感器信号采集模块连接。
[0023]优选地，所述线性电机通过转接接插件与主控板中射随电路及滤波模块和线性电机驱动模块连接。
[0024]本专利技术还提供一种基于嵌入式磁浮台控制方法，所述方法应用上述中的基于嵌入式磁浮台控制系统，所述方法包括如下步骤：
[0025]步骤S1：主控模块通过SPI通信驱动激光测距传感器信号采集模块采集激光测距传感器数据，并对数据进行处理；
[0026]步骤S2：根据处理结果与策略文件中设置的平衡状态参数进行比较计算；
[0027]步骤S3：主控模块获取磁浮台顶板的姿态，判断当前姿态磁浮台是否处于稳态；
[0028]步骤S4：主控模块获取磁浮台顶板的姿态，同时通过数据存储及RTC模块获得时间参数，将时间标识打印到磁浮台顶板的姿态数据中并通过数据存储及RTC模块记录保存历史数据同时通过数据上报模块进行数据上传。
[0029]优选地，所述步骤S1中的内部进行I
‑
V曲线转换后按照传感器采集量程与输出信号量程进行线性转化，得出距离信息，从而得出磁浮台顶板的姿态，并对采集到的姿态数据通过数据存储及RTC模块进行存储同时通过数据上报模块进行数据上传。
[0030]优选地，所述步骤S2中如判断得出磁浮台顶板姿态不稳不符合要求，则自主进行X/Y/Z三轴的闭环控制，直至平台悬浮稳定。
[0031]优选地，所述步骤S3如处于非稳态，主控模块采用增量式PID计算方法得出增量值，通过线性电机使能模块使能线性电机驱动模块，之后根据增量值通过高精度DAC输出调节线性电机驱动模块从而间接控制对应轴位的线性电机状态，当磁浮台达到设定实物稳态范围，停止调节并使其稳定在该姿态。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0033]1、本专利技术通过采用嵌入式架构的设计方式，解决了传统磁浮台控制系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于嵌入式磁浮台控制系统，其特征在于，包括：传感器、线性电机(3)、主控板(2)、磁浮台底座基板(1)、磁浮台顶板(5)和激光测距反光片(6)；所述传感器安装于磁浮台底座基板(1)，所述传感器通过安装于磁浮台顶板(5)的激光测距反光片(6)组成测距系统；所述线性电机(3)安装于磁浮台底座基板(1)，通过安装于磁浮台顶板(5)的线性电机运动机构(7)组成执行结构。2.根据权利要求1所述的基于嵌入式磁浮台控制系统，其特征在于，所述传感器为激光测距传感器(4)，所述线性电机(3)为线性电机(3)驱动部分。3.根据权利要求1所述的基于嵌入式磁浮台控制系统，其特征在于，所述主控板(2)主控模块(201)、系统状态指示模块(202)、线性电机驱动模块(203)、射随电路及滤波模块(204)、线性电机驱动接口接插件(205)、DAC基准电源及隔离电源模块(206)、激光测距传感器接口接插件(207)、激光测距传感器信号调理模块(208)、激光测距传感器信号采集模块(209)、线性电机使能模块(210)、数据存储及RTC模块(211)和数据上报模块(212)；所述线性电机驱动模块(203)、激光测距传感器信号采集模块(209)、线性电机使能模块(210)、数据存储及RTC模块(211)和数据上报模块(212)通过板载总线SPI与主控模块(201)进行连接，主控板(2)内部PCB走线进行信号分类调理之后，送各个功能模块进行处理。4.根据权利要求3所述的基于嵌入式磁浮台控制系统，其特征在于，所述系统状态指示模块(202)对系统的整体运行状态进行指示，其分为电源指示、系统状态指示、数据存储指示和数据上报指示。5.根据权利要求1所述的基于嵌入式磁浮台控制系统，其特征在于，所述传感器通过转接接插件与主控板(2)中激光测距传感器信号调理模块(208)和激光测距传感器信号采集模块(209)连接。6.根据权利要求1所述的基于嵌入式磁浮台控制系统，其特征在于，所述线性电机(3)通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：高永刚，赵洪波，吴卫军，王杰，马文晖，
申请(专利权)人：上海利正卫星应用技术有限公司，
类型：发明
国别省市：