磁懸浮軸承控制器MAX115與DSP的接口設(shè)計(jì)
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在五自由度主動磁懸浮軸承控制系統(tǒng)中，采用由工控PC+DSP控制器的架構(gòu)是一種較好的方法，而DSP核心控制器則是磁懸浮軸承控制系統(tǒng)中非常重要的一部分，對主軸位置信號的精確采集是DSP控制器的首要任務(wù)。在本控制器中采用MAX115對主軸位置的模擬信號進(jìn)行采集。
磁懸浮控制器中的ADC選擇
在磁懸浮主軸控制器的設(shè)計(jì)中，對主軸位置的測量是至關(guān)重要的。位置傳感器的信號經(jīng)過適當(dāng)?shù)男盘栒{(diào)理電路處理后被傳送到A/D采樣通道，ADC把得到的模擬信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號，芯片采樣的精度和分辨率以及采樣轉(zhuǎn)換時(shí)間是非常重要的技術(shù)參數(shù)，它們直接決定著控制速度和控制精度。本控制器中采用的傳感器是一種電渦流位移傳感器。它是一種高精度無接觸式傳感器。
本系統(tǒng)要求能分辨1mm位置信號，根據(jù)傳感器的傳感特性，必須要求有至少為12位的分辨率。同時(shí)本系統(tǒng)中要求絕對精度不低于±1LSB。 由于磁力軸承系統(tǒng)要求的控制周期很短(一般小于200ms),故要求ADC的采樣時(shí)間也必須很快(一般在20ms內(nèi))。
綜上考慮選用Maxim公司的MAX115作為ADC來完成主軸位置信號的采集。MAX115是12位2×4通道同步采樣逐次比較型ADC，其具有兩組ADC，每組4通道連續(xù)采集保持；單通道轉(zhuǎn)換時(shí)間為2ms；轉(zhuǎn)換精度±1/2LSB；4通道傳輸率為16ksps；并且內(nèi)部具有2.5V參考電壓和10MHz時(shí)鐘，極大地精簡了外部附加電路；其高速的并行接口可以方便地與DSP相連。
MAX115與TMS320F240的接口電路
圖1是磁懸浮軸承DSP控制器的結(jié)構(gòu)簡圖。圖中4路主軸位置信號經(jīng)由MAX115進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，采集結(jié)果通過中斷方式輸入到DSP內(nèi)。DSP經(jīng)過濾波算法處理后，將采集數(shù)據(jù)寫到雙口RAM內(nèi)，計(jì)算機(jī)通過ISA總線訪問雙口RAM并將其中的數(shù)據(jù)取走，進(jìn)行上位機(jī)的圖形顯示、數(shù)據(jù)分析等功能。同時(shí)DSP進(jìn)行控制算法計(jì)算，計(jì)算之后將控制數(shù)據(jù)通過控制器板卡上的4路DAC輸出給功率放大器，從而實(shí)現(xiàn)對主軸的控制。這樣，利用DSP處理速度快的特點(diǎn)來完成算法的計(jì)算，利用PC機(jī)強(qiáng)大的多媒體處理特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)主軸位置監(jiān)視和數(shù)據(jù)分析，DSP和PC同時(shí)相對獨(dú)立工作，互不影響，從而加快了系統(tǒng)的處理速度。
圖1 磁懸浮軸承DSP控制器的結(jié)構(gòu)簡圖
圖2 MAX115與TMS320F240 DSP之間的接口電路圖
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