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依據(jù)雙DSP的磁軸承數(shù)字操控器容錯(cuò)描繪
來源:軸承網(wǎng) 時(shí)間:2013-09-05
電磁軸承(AMB)是運(yùn)用可控電磁吸力將轉(zhuǎn)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(xì)加工、航空航天等高科技領(lǐng)域有著寬廣的遠(yuǎn)景.
因?yàn)榇艖腋◇w系本征不安穩(wěn)；操控體系的好壞將會直接決議磁軸承的功用.這些年國內(nèi)外在數(shù)字操控方面開展很快；數(shù)字操控器將是將來的磁軸承操控的干流；圖1為數(shù)字磁軸承操控體系布局框圖.本文從工業(yè)運(yùn)用的要求和本錢思考；對圖1虛線方框內(nèi)的操控器進(jìn)行了容錯(cuò)描繪；提出了雙DSP容錯(cuò)操控器的計(jì)劃；而關(guān)于傳感器、線圈和功率放大器有些的容錯(cuò)描繪本文不進(jìn)行評論.
磁懸浮操控器的容錯(cuò)描繪剖析
冗余是完成容錯(cuò)和進(jìn)步可靠性的一種有用辦法；關(guān)于磁軸承DSP操控體系來說；其自身的時(shí)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(jìn)步體系的可靠性.
在多機(jī)冗余體系描繪中；要害難題是多機(jī)的重構(gòu)戰(zhàn)略、多機(jī)的裁定切換邏輯及多機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的同步等.小規(guī)模的終端體系相關(guān)于功用強(qiáng)大的中間操控體系有四個(gè)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(shí)時(shí)功用，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)刻余度太小.經(jīng)過以上剖析與對本錢的思考；本文提出了對準(zhǔn)工業(yè)運(yùn)用的雙機(jī)熱備冗余操控體系描繪計(jì)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(jīng)過CPLD來完成的.模擬信號別離輸入到兩個(gè)DSP進(jìn)行運(yùn)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(shù)據(jù)、時(shí)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(guān)于數(shù)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(jìn)行RS-232和晶振、復(fù)位、外部中止輸入信號的緩沖(RS-232的輸出接口由主DSP進(jìn)行操控).別的；關(guān)于模擬信號本描繪經(jīng)過電壓跟從器來完成阻抗匹配；并減小了差錯(cuò)和A/D變換的時(shí)刻.
DSP時(shí)鐘同步的完成
因?yàn)楸久枥L計(jì)劃是經(jīng)過DSP的徹底同步來完成冗余操控的；故選用雙DSP一起運(yùn)用一個(gè)晶振信號的辦法.體系作業(yè)時(shí)；要待電源安穩(wěn)和晶振徹底起振后；才能對DSP進(jìn)行復(fù)位.經(jīng)過對實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的操控體系的測驗(yàn)；電源安穩(wěn)和晶振安穩(wěn)起振的時(shí)刻大概是40ms；故復(fù)位時(shí)刻應(yīng)挑選大于該值.此外；為了進(jìn)步其抗攪擾性；復(fù)位后的信號經(jīng)過施密特觸發(fā)器后最棒先經(jīng)過CPLD緩沖；然后再接到DSP的復(fù)位端.
硬件毛病判定模塊
本描繪中運(yùn)用每個(gè)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(yè)；CLKOUT引腳將輸出固定的時(shí)鐘波形，若是體系的CLKOUT沒有時(shí)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(xì)完成辦法就是CLKOUT信號經(jīng)CPLD完成的分頻器后送到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS123；若體系的CLKOUT信號不正常；74LS123會發(fā)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(cuò)；處置體系的軟毛病.當(dāng)兩DSP的總線輸出信號進(jìn)行比擬時(shí)；若是不一樣；則標(biāo)明某個(gè)DSP或許兩個(gè)DSP都發(fā)生了軟毛病；體系遏止過錯(cuò)輸出；并由中間裁定模塊對此狀況進(jìn)行處置；使體系完成容錯(cuò)功用.思考到A/D變換的差錯(cuò)；本描繪只對輸出數(shù)據(jù)總線的高8位進(jìn)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(dāng)硬件判定模塊和軟件表決模塊都沒有報(bào)錯(cuò)；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(bào)錯(cuò)；則阻隔犯錯(cuò)的DSP；另一個(gè)為主DSP ；而且報(bào)警，若是兩個(gè)DSP都報(bào)錯(cuò)；則會陳述體系的過錯(cuò)；并供給操控體系發(fā)生過錯(cuò)的接口信號；讓體系在最短的時(shí)刻里發(fā)動安保體系.當(dāng)兩個(gè)DSP都沒有發(fā)生DSP硬件報(bào)錯(cuò)時(shí)；若是軟件表決模塊報(bào)錯(cuò)；則經(jīng)過CPLD發(fā)動復(fù)位信號；從頭復(fù)位兩個(gè)DSP；并由CPLD中間操控模塊記載復(fù)位次數(shù)；若是體系接連復(fù)位次數(shù)超越四次且沒有呈現(xiàn)一次正確的輸出總線成果或兩個(gè)DSP在線自檢均沒有經(jīng)過；將會發(fā)動安保體系，若是有一個(gè)DSP自檢不經(jīng)過；則阻隔該DSP；體系會輸出報(bào)警信號；一起主DSP操控權(quán)交給另一DSP，若是復(fù)位次數(shù)小于四次；且呈現(xiàn)了正確的輸出總線成果；CPLD模塊會鏟除復(fù)位計(jì)數(shù)次數(shù)；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(nèi)是經(jīng)過CPLD完成的.在DSP體系中；運(yùn)用了看門狗模塊；來處置體系程序跑飛難題.體系復(fù)位后；經(jīng)過檢測看門狗電路復(fù)位標(biāo)記位來檢測體系程序狀況；若是是體系看門狗復(fù)位；經(jīng)過軟件使DSP發(fā)生輸出總線報(bào)錯(cuò)；其成果與輸出總線報(bào)錯(cuò)處置辦法一樣，不然為由裁定模塊導(dǎo)致的復(fù)位；而且履行在線自檢.若是在線自檢不經(jīng)過；CPLD會主動阻隔硬件.描繪中為減小體系的復(fù)位時(shí)刻和操控體系的接連性；存儲數(shù)據(jù)的時(shí)分選用了雙口RAM idt7133；這樣能夠在復(fù)位后疾速的選用前一次核算的暫存數(shù)據(jù)(彼此取對方數(shù)據(jù)；而且與個(gè)人的數(shù)據(jù)進(jìn)行均勻)；從而使復(fù)位對體系的影響降到最小.
在線自檢的完成
經(jīng)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(zhǔn)電平(本描繪選用2。5V)后再經(jīng)過實(shí)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(jìn)行比擬；若是實(shí)時(shí)核算成果和離線成果一樣；則表明體系自檢經(jīng)過；不然；主動阻隔自檢不經(jīng)過的DSP.
體系的可靠性評價(jià)
體系的中間操控模塊是選用CPLD完成的；其可靠性遠(yuǎn)高于依據(jù)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(shí)刻遠(yuǎn)大于DSP.
依據(jù)電子體系模型可知；單機(jī)的可靠性隨時(shí)刻改變遵守指數(shù)分布；即為Ri(t)=e-lit(li為毛病率)；所以單機(jī)體系的均勻無毛病時(shí)刻為1/l；而本計(jì)劃的無均勻毛病時(shí)刻為：
明顯；本體系的無毛病時(shí)刻為單機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的1。5倍；較大的進(jìn)步了操控器體系的可靠性.
結(jié)語
本文提出的磁懸浮容錯(cuò)操控器計(jì)劃；選用了軟硬件協(xié)同描繪；完成了毛病診斷和體系重建的功用；較大的進(jìn)步了操控器的可靠性；為磁軸承的工業(yè)推廣運(yùn)用供給了功用保證.
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